一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，包括一任務(wù)子系統(tǒng)、一姿軌控子系統(tǒng)、一指向子系統(tǒng)和一載荷子系統(tǒng)；所述任務(wù)子系統(tǒng)包括任務(wù)控制終端和交換機，用以設(shè)置所述系統(tǒng)的任務(wù)參數(shù)，并且控制各個子系統(tǒng)之間的信息交互，以發(fā)送任務(wù)信息至所述姿軌控子系統(tǒng)、指向子系統(tǒng)和載荷子系統(tǒng)；所述姿軌控子系統(tǒng)包括衛(wèi)星控制器、動力學(xué)仿真機和姿軌控顯示終端，用以計算衛(wèi)星在任務(wù)信息下的姿軌控狀態(tài)，并且演示相關(guān)運行狀態(tài)信息；所述指向子系統(tǒng)包括指向控制器、二維轉(zhuǎn)臺、激光測距儀、電子地圖和機器視覺測量相機，用以演示和驗證衛(wèi)星任務(wù)特性及指向；所述載荷子系統(tǒng)包括載荷模擬器和載荷顯示終端，用以演示衛(wèi)星在當(dāng)前工作狀態(tài)下的觀測效果。
【專利說明】一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星分系統(tǒng)接口交互設(shè)計、系統(tǒng)建模與仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種用于 對地觀測衛(wèi)星的任務(wù)、姿軌控、載荷、指向分系統(tǒng)進(jìn)行跨平臺聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，適用于對 地觀測衛(wèi)星新概念技術(shù)的理論方法、工程應(yīng)用技術(shù)及任務(wù)演示驗證的研究。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前在對地觀測衛(wèi)星的方案論證階段，暫無形成一個能夠進(jìn)行跨平臺的演示驗證 體系，無法比較直觀地研究衛(wèi)星的工作任務(wù)、飛行姿軌控狀態(tài)、載荷觀測目標(biāo)。往往采用將 衛(wèi)星體系結(jié)構(gòu)劃分為傳統(tǒng)的八大系統(tǒng)，并且在不同的平臺分別進(jìn)行研究。例如：利用STK進(jìn) 行分析任務(wù)，利用Matlab/Simulink進(jìn)行姿軌控設(shè)計，利用ProE進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計等，然后各個 分系統(tǒng)通過文件傳輸形式進(jìn)行信息交互，一旦其中某一個分系統(tǒng)發(fā)生更改，其它分系統(tǒng)無 法及時地修正，并且無法形成一套快速實時閉環(huán)演示系統(tǒng)。為此，目前需要研究一種能夠快 速應(yīng)用的跨平臺聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)以彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0003] 中國專利201110199764. 4提出一種跨平臺可擴展的衛(wèi)星動態(tài)仿真測試系統(tǒng)，該 系統(tǒng)主要根據(jù)工程測試角度而研究衛(wèi)星姿控制系統(tǒng)工作狀態(tài)及遙測遙控功能是否正確。但 是，其不具備從演示和驗證角度研究衛(wèi)星在不同的姿軌控狀態(tài)下的工作任務(wù)和載荷觀測目 標(biāo)等特性。中國專利200820044070. 7提出一種嫦娥一號衛(wèi)星演示器，該演示器主要采用 機械結(jié)構(gòu)演示某一特定的空間環(huán)境及軌道模型，但是其不具備應(yīng)用于其他任務(wù)的通用性。 中國專利201010622538. 8提出了一種基于智能移動機器人的多微納探測器組網(wǎng)聯(lián)合演示 驗證系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要側(cè)重于衛(wèi)星編隊的演示，但是其不適用于對地觀測衛(wèi)星的任務(wù)、姿軌 控、載荷之間的聯(lián)合演示。中國專利201220106432. 7用于在科普展中演示GPS的科普原理， 但是無法在衛(wèi)星方案研制中應(yīng)用。
[0004] 有鑒于此，需要提供一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其能夠通 過參數(shù)配置和快速標(biāo)定，能夠便于科研人員在方案論證階段就能便捷、快速、直觀的了解衛(wèi) 星的工作任務(wù)、飛行姿軌控狀態(tài)、載荷觀測目標(biāo)及觀測性能，從而為衛(wèi)星工程立項提供重要 的理論支撐。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，包括 一任務(wù)子系統(tǒng)、一姿軌控子系統(tǒng)、一指向子系統(tǒng)和一載荷子系統(tǒng)；所述任務(wù)子系統(tǒng)包括任務(wù) 控制終端和交換機，用以設(shè)置所述系統(tǒng)的任務(wù)參數(shù)，并且控制各個子系統(tǒng)之間的信息交互， 以發(fā)送任務(wù)信息至所述姿軌控子系統(tǒng)、指向子系統(tǒng)和載荷子系統(tǒng)；所述姿軌控子系統(tǒng)包括 衛(wèi)星控制器、動力學(xué)仿真機和姿軌控顯示終端，用以計算衛(wèi)星在任務(wù)信息下的姿軌控狀態(tài)， 并且演示相關(guān)運行狀態(tài)信息；所述指向子系統(tǒng)包括指向控制器、二維轉(zhuǎn)臺、激光測距儀、電 子地圖和機器視覺測量相機，用以演示和驗證衛(wèi)星任務(wù)特性及指向；所述載荷子系統(tǒng)包括 載荷模擬器和載荷顯示終端，用以演示衛(wèi)星在當(dāng)前工作狀態(tài)下的觀測效果。
[0007] 作為可選的技術(shù)方案，所述任務(wù)控制終端為一計算機，所述任務(wù)控制終端內(nèi)置空 間環(huán)境模型和衛(wèi)星工作模式模型，用以通過接收外部輸入的觀測目標(biāo)經(jīng)緯度和對應(yīng)的工作 模式，計算輸出衛(wèi)星的目標(biāo)軌道位置、姿態(tài)和對應(yīng)的時間。
[0008] 作為可選的技術(shù)方案，所述交換機采用多口網(wǎng)絡(luò)交換機，通過多根網(wǎng)線將所述任 務(wù)控制終端、衛(wèi)星控制器、指向控制器和載荷模擬器的網(wǎng)絡(luò)端口分別與所述交換機的多個 端口相連。
[0009] 作為可選的技術(shù)方案，所述衛(wèi)星控制器的嵌入式系統(tǒng)采用ro控制算法，所述衛(wèi)星 控制器通過所述交換機接收所述任務(wù)控制終端所輸出的目標(biāo)軌道位置、姿態(tài)、時間數(shù)據(jù)信 息；并且通過USB數(shù)據(jù)線與所述動力學(xué)仿真機相連，接收所述動力學(xué)仿真機輸出的實時姿 態(tài)、軌道和指向經(jīng)緯度信息；以及通過ro控制算法計算并輸出實時控制誤差信息和實時控 制信號。
[0010] 作為可選的技術(shù)方案，所述動力學(xué)仿真機為一工控機，其內(nèi)置衛(wèi)星動力學(xué)模型，用 以通過參數(shù)配置使內(nèi)置衛(wèi)星動力學(xué)模型與需要演示的衛(wèi)星模型一致，并且通過接收到實時 控制信號計算衛(wèi)星的實時姿態(tài)、軌道、和指向經(jīng)緯度信息。
[0011] 作為可選的技術(shù)方案，所述姿軌控顯示終端包括多個可編程的LED顯示終端且無 縫拼接，每一 LED顯示終端分別對應(yīng)三維姿態(tài)球模塊、星下點軌跡模塊、姿態(tài)曲線模塊和姿 控誤差模塊；所述姿軌控顯示終端通過USB數(shù)據(jù)線與所述動力學(xué)仿真機相連，并且通過所 述三維姿態(tài)球模塊、星下點軌跡模塊、姿態(tài)曲線模塊和姿控誤差模塊共同作用演示衛(wèi)星實 時姿軌控監(jiān)視狀態(tài)；其中所述三維姿態(tài)球模塊嵌入衛(wèi)星的三維模型，在實時姿態(tài)及軌道數(shù) 據(jù)信息驅(qū)動下，顯示當(dāng)前衛(wèi)星的姿態(tài)及相應(yīng)的坐標(biāo)系狀態(tài)；所述星下點軌跡模塊嵌入世界 地圖及地區(qū)模型信息，用以根據(jù)軌道數(shù)據(jù)信息以顯示衛(wèi)星星下點位置及軌跡；所述姿態(tài)曲 線模塊嵌入示波器模型，用以根據(jù)實時姿態(tài)數(shù)據(jù)信息以顯示衛(wèi)星實時姿態(tài)曲線；所述姿控 誤差模塊嵌入示波器模型，用以根據(jù)實時控制誤差信息e t以顯示衛(wèi)星的姿控誤差曲線。
[0012] 作為可選的技術(shù)方案，所述指向控制器為一工控機，在所述指向控制器內(nèi)部的多 個PCI插槽上分別設(shè)置快速標(biāo)定模塊、運動控制卡、圖像采集卡和世界地圖模擬源，并且 用以實現(xiàn)信號交互共享；其中所述快速標(biāo)定模塊用以通過所述激光測距儀獲得的實時測 量距離信息L、所述二維轉(zhuǎn)臺獲得的旋轉(zhuǎn)角信息、所述圖像采集卡獲得的實測經(jīng)緯度信息 而計算出轉(zhuǎn)換函數(shù)（e xD，eyD) =f(at，At)，并發(fā)送至所述運動控制卡；所述運動控制卡 接收所述衛(wèi)星控制器發(fā)送的指向經(jīng)緯度信息，并通過所述快速標(biāo)定模塊輸出的轉(zhuǎn)換函數(shù) (Gxd，GyD) =f(at，Xt)而計算目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角信息，同時接收所述二維轉(zhuǎn)臺反饋的實時旋轉(zhuǎn) 角信息，并利用PID控制器通過串口數(shù)據(jù)線以控制所述二維轉(zhuǎn)臺運動；所述圖像采集卡通 過所述機器視覺測量相機反饋的圖像信息而計算當(dāng)前激光測距儀的光斑在投影幕布上的 電子地圖的實測經(jīng)緯度信息，并將所述實測經(jīng)緯度信息通過所述指向控制器傳送至所述交 換機，以及傳送至所述載荷模擬器；所述世界地圖模擬源內(nèi)置二維高清世界地圖及經(jīng)緯度 坐標(biāo)信息，通過AVI數(shù)據(jù)線與所述投影儀相連。
[0013] 作為可選的技術(shù)方案，所述二維轉(zhuǎn)臺包括可旋轉(zhuǎn)的俯仰軸和偏航軸，所述俯仰軸 和偏航軸均設(shè)有光電編碼器，以及通過串口數(shù)據(jù)線將實時旋轉(zhuǎn)角信息傳送至所述運動控制 卡。
[0014] 作為可選的技術(shù)方案，所述激光測距儀通過螺母與所述二維轉(zhuǎn)臺相連，并通過串 口數(shù)據(jù)線將實時測量距離信息發(fā)送至所述快速標(biāo)定模塊；所述電子地圖包括投影儀和投影 幕布，所述電子地圖通過世界地圖模擬源經(jīng)AVI數(shù)據(jù)線與所述投影儀相連，并輸出世界地 圖影像至所述投影幕布；所述機器視覺測量相機采用CCD工業(yè)相機，用以采集所述投影幕 布上的世界地圖信息和所述激光測距儀發(fā)射的激光光斑信息，并通過串口數(shù)據(jù)線傳送至所 述圖像采集卡。
[0015] 作為可選的技術(shù)方案，所述載荷模擬器為一計算機，所述載荷模擬器用以從所述 交換機接收衛(wèi)星實時指向經(jīng)緯度信息和控制誤差信息后評估載荷的觀測區(qū)域和觀測成像 質(zhì)量，所生成相應(yīng)的載荷模擬觀測數(shù)據(jù)通過AVI數(shù)據(jù)線傳送至載荷顯示終端；所述載荷顯 示終端為一個LED顯示器，與所述載荷模擬器通過AVI數(shù)據(jù)線相連，用以實時顯示所述載荷 模擬器發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過參數(shù)配置和快速標(biāo)定，能夠便于科研人員在方案論證階 段就能便捷、快速、直觀的了解衛(wèi)星的工作任務(wù)、飛行姿軌控狀態(tài)、載荷觀測目標(biāo)及觀測性 能，從而為衛(wèi)星工程立項提供重要的理論支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明所述跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明姿軌控顯示終端的架構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3是本發(fā)明所述跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)的布局示意圖；
[0020] 圖4是本發(fā)明所述二維轉(zhuǎn)臺與激光測距儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖5是本發(fā)明所述跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)在快速標(biāo)定后工作原 理示意流程圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)的具 體實施方式做詳細(xì)說明。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)。在本實 施例中，該系統(tǒng)包含四部分：任務(wù)子系統(tǒng)1、姿軌控子系統(tǒng)2、指向子系統(tǒng)3和載荷子系統(tǒng)4。 其中，所述任務(wù)子系統(tǒng)1包含任務(wù)控制終端11和交換機12 ;所述姿軌控子系統(tǒng)2包含衛(wèi)星 控制器21、動力學(xué)仿真機22和姿軌控顯示終端23 ;所述指向子系統(tǒng)3包含指向控制器31、 二維轉(zhuǎn)臺32、激光測距儀33、電子地圖34和機器視覺測量相機35,其中，所述指向控制器 31包括快速標(biāo)定模塊311、運動控制卡312、圖像采集卡313和世界地圖模擬源314 ;所述電 子地圖34包括投影儀341和投影幕布342 ;所述載荷子系統(tǒng)4包含載荷模擬器41和載荷 顯示終端42。如圖2所示，所述載荷顯示終端42包括4個可編程的LED顯示終端且無縫拼 接而成，分別對應(yīng)三維姿態(tài)球模塊231，星下點軌跡模塊232,姿態(tài)曲線模塊233和姿控誤差 模塊234。
[0024] 下文將對上述的任務(wù)子系統(tǒng)1、姿軌控子系統(tǒng)2、指向子系統(tǒng)3和載荷子系統(tǒng)4及 其子系統(tǒng)的各組件進(jìn)一步加以說明。
[0025] 如圖1所示，所述任務(wù)子系統(tǒng)1包含任務(wù)控制終端11和交換機12,用以設(shè)置演示 系統(tǒng)的任務(wù)參數(shù)和控制所述任務(wù)子系統(tǒng)1、姿軌控子系統(tǒng)2、指向子系統(tǒng)3和載荷子系統(tǒng)4 之間進(jìn)行信息交互，從而向姿軌控子系統(tǒng)2、指向子系統(tǒng)3和載荷子系統(tǒng)4發(fā)送相應(yīng)的任務(wù) 信息；所述姿軌控子系統(tǒng)2包含衛(wèi)星控制器21、動力學(xué)仿真機22和姿軌控顯示終端23,用 以計算衛(wèi)星在任務(wù)信息下的姿軌控狀態(tài)，并且演示相關(guān)運行狀態(tài)信息；所述指向子系統(tǒng)3 包含指向控制器31、二維轉(zhuǎn)臺32、激光測距儀33、電子地圖34和機器視覺測量相機35,用 以演示和驗證衛(wèi)星任務(wù)特性及指向。所述載荷子系統(tǒng)4包含載荷模擬器41和載荷顯示終 端42，用以演示衛(wèi)星在當(dāng)前工作狀態(tài)下的觀測效果。
[0026] 所述任務(wù)控制終端11可以采用普通PC機或其他具有計算功能的設(shè)備，所述任務(wù) 控制終端11內(nèi)置空間環(huán)境模型和衛(wèi)星工作模式模型，能夠通過接收操作者輸入的觀測目 標(biāo)經(jīng)緯度（α。，λ。）和對應(yīng)的工作模式 n，計算輸出衛(wèi)星的目標(biāo)軌道位置〇。、姿態(tài)Q。和對應(yīng) 的時間t。
[0027] 所述交換機12采用多口網(wǎng)絡(luò)交換機（例如標(biāo)準(zhǔn)的4 口網(wǎng)絡(luò)交換機），通過多根網(wǎng) 線將任務(wù)控制終端11、衛(wèi)星控制器21、指向控制器32和載荷模擬器41的網(wǎng)絡(luò)端口分別與 所述交換機12的4個端口相連。
[0028] 所述衛(wèi)星控制器21采用ro控制算法寫入嵌入式系統(tǒng)完成，所述衛(wèi)星控制器21能 夠通過交換機12接收所述任務(wù)控制終端11輸出的目標(biāo)軌道位置0。、姿態(tài)Q。、時間t數(shù)據(jù)信 息；并且通過USB數(shù)據(jù)線與動力學(xué)仿真機22相連，接收所述動力學(xué)仿真機22輸出的實時姿 態(tài)Q t、軌道Ot和指向經(jīng)緯度信息（at，At);以及通過ro控制算法計算并輸出實時控制誤 差信息e t和實時控制信號Ct。
[0029] 所述動力學(xué)仿真機22采用一工控機，其內(nèi)置衛(wèi)星動力學(xué)模型，用以通過參數(shù)配置 能夠使內(nèi)置衛(wèi)星動力學(xué)模型與需要演示的衛(wèi)星模型一致，并且通過接收到實時控制信號C t 計算衛(wèi)星的實時姿態(tài)Qt、軌道〇t、和指向經(jīng)緯度信息（a t，Xt)。
[0030] 所述姿軌控顯示終端23包括多個（例如4個）可編程的LED顯示終端且無縫拼 接而成，分別對應(yīng)三維姿態(tài)球模塊231，星下點軌跡模塊232,姿態(tài)曲線模塊233和姿控誤差 模塊234。其中，所述三維姿態(tài)球模塊231嵌入衛(wèi)星的三維模型，在實時姿態(tài)Q t及軌道Ot 數(shù)據(jù)信息驅(qū)動下顯示當(dāng)前衛(wèi)星的姿態(tài)及相應(yīng)的坐標(biāo)系狀態(tài)；所述星下點軌跡模塊232嵌入 世界地圖及地區(qū)模型信息，用以根據(jù)軌道O t數(shù)據(jù)信息以顯示衛(wèi)星星下點位置及軌跡；所述 姿態(tài)曲線模塊233嵌入示波器模型，用以根據(jù)實時姿態(tài)Qt顯示衛(wèi)星實時姿態(tài)曲線；所述姿 控誤差模塊234嵌入示波器模型，用以根據(jù)實時控制誤差信息e t以顯示衛(wèi)星的姿控誤差曲 線。另外，所述姿軌控顯示終端23通過USB數(shù)據(jù)線與動力學(xué)仿真機22相連，并且通過三維 姿態(tài)球模塊231、星下點軌跡模塊232、姿態(tài)曲線模塊233和姿控誤差模塊234的共同作用， 以演示衛(wèi)星實時姿軌控監(jiān)視狀態(tài)。
[0031] 所述指向控制器31為一工控機，在所述指向控制器31內(nèi)部的多個（例如4個） PCI插槽分別安裝快速標(biāo)定模塊311、運動控制卡312、圖像采集卡313和世界地圖模擬源 314,并且用以實現(xiàn)信號交互共享。其中，所述快速標(biāo)定模塊311用以通過激光測距儀33獲 得的實時測量距離信息L、所述二維轉(zhuǎn)臺32獲得的旋轉(zhuǎn)角信息（θ χ，Θ y)、所述圖像采集卡 313計算的實測經(jīng)緯度信息（art，λΛ)而計算出轉(zhuǎn)換函數(shù)（0 xD，0yD) =f(at，At)，并發(fā) 送至所述運動控制卡312,從而實現(xiàn)本系統(tǒng)的快速使用。所述運動控制卡312能夠接收衛(wèi) 星控制器21發(fā)送的指向經(jīng)緯度信息（a t，λ t)，并通過快速標(biāo)定模塊311輸出的轉(zhuǎn)換函數(shù) (θxD，θyD) = f( a t，λ t)而計算目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角信息（Θ xD，Θ yD)，同時接收所述二維轉(zhuǎn)臺32反 饋的實時旋轉(zhuǎn)角信息（θ χ，Θ y)，并利用PID控制器通過串口數(shù)據(jù)線以控制所述二維轉(zhuǎn)臺32 運動。所述圖像采集卡313能夠通過所述機器視覺測量相機35反饋的圖像信息而計算當(dāng) 前激光測距儀33的光斑在投影幕布342上的電子地圖的實測經(jīng)緯度信息（a rt，λ J，并將 所述實測經(jīng)緯度信息通過所述指向控制器31的網(wǎng)口傳送至所述交換機12,最終傳送至所 述載荷模擬器41。所述世界地圖模擬源314內(nèi)置二維高清世界地圖及經(jīng)緯度坐標(biāo)信息，通 過AVI數(shù)據(jù)線與投影儀341相連。
[0032] 所述二維轉(zhuǎn)臺32包括可旋轉(zhuǎn)的俯仰軸和偏航軸，從而能夠?qū)崿F(xiàn)俯仰軸和偏航軸 方向各±90°的旋轉(zhuǎn)，所述俯仰軸和偏航軸均安裝有光電編碼器，從而能夠?qū)崿F(xiàn)0.000Γ 的旋轉(zhuǎn)角信息（θχ，0y)的測量精度，并且通過串口數(shù)據(jù)線將實時（θχ，0 y)傳送至所述運 動控制卡312。
[0033] 如圖4所示，所述激光測距儀33通過螺母與二維轉(zhuǎn)臺32相連，從而能夠?qū)崿F(xiàn)Imm 的測量精度，并且通過串口數(shù)據(jù)線將實時測量距離信息L發(fā)送至快速標(biāo)定模塊311。
[0034] 所述電子地圖34包含投影儀341和投影幕布342,所述電子地圖34通過世界地 圖模擬源314經(jīng)AVI數(shù)據(jù)線與所述投影儀341相連，并輸出世界地圖影像至所述投影幕布 342。
[0035] 所述機器視覺測量相機35采用C⑶工業(yè)相機，用以采集投影幕布342上的世界地 圖信息和激光測距儀33發(fā)射的激光光斑信息，并通過串口數(shù)據(jù)線傳送至所述圖像采集卡 313。
[0036] 所述載荷模擬器41為一計算機，所述載荷模擬器用以從所述交換機12接收衛(wèi)星 實時指向經(jīng)緯度信息（a t，At)和控制誤差信息％后評估載荷的觀測區(qū)域和觀測成像質(zhì) 量，所生成相應(yīng)的載荷模擬觀測數(shù)據(jù)通過AVI數(shù)據(jù)線傳送至載荷顯示終端42。
[0037] 所述載荷顯示終端42為一個LED顯示器，與所述載荷模擬器41通過AVI數(shù)據(jù)線 連接，用以實時顯示所述載荷模擬器41發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)。
[0038] 以下將進(jìn)一步說明本系統(tǒng)的工作原理。
[0039] (1)如圖3所示布局示意圖對本系統(tǒng)進(jìn)行布局，然后按照圖1所示的系統(tǒng)架構(gòu)連接 本發(fā)明的各個子系統(tǒng)、終端及模塊等組件，并且分別配置相應(yīng)的初始參數(shù)。
[0040] (2)在本系統(tǒng)正常工作之前，需要進(jìn)行快速標(biāo)定：
[0041] 首先，使二維轉(zhuǎn)臺32角度調(diào)為（θ χ，Θ y) = (〇, 〇)，記錄此時激光測距儀33的實 時測量距離信息Ltl，并由機器視覺測量相機35通過圖像采集卡313讀取當(dāng)前激光光斑在電 子地圖34上的經(jīng)緯度（a。，λ。）。
[0042] 然后，調(diào)整二維轉(zhuǎn)臺32對準(zhǔn)電子地圖34上任意一點記作A點，并且記錄此時經(jīng) 緯度為（a i，λ D和二維轉(zhuǎn)臺32的旋轉(zhuǎn)角度（θ χ1，Θ yl);調(diào)整二維轉(zhuǎn)臺32對準(zhǔn)電子地圖 34上任意另一點記作B點，并且記錄此時經(jīng)緯度為（a 2, λ 2)，和二維轉(zhuǎn)臺32的旋轉(zhuǎn)角度 (θ χ2，θ y2)。
[0043] 從而可以計算轉(zhuǎn)換系數(shù)Ii1和k2 :

【權(quán)利要求】
1. 一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于，包括一任務(wù)子系統(tǒng)、一姿 軌控子系統(tǒng)、一指向子系統(tǒng)和一載荷子系統(tǒng)；所述任務(wù)子系統(tǒng)包括任務(wù)控制終端和交換機， 用以設(shè)置所述系統(tǒng)的任務(wù)參數(shù)，并且控制各個子系統(tǒng)之間的信息交互，以發(fā)送任務(wù)信息至 所述姿軌控子系統(tǒng)、指向子系統(tǒng)和載荷子系統(tǒng)；所述姿軌控子系統(tǒng)包括衛(wèi)星控制器、動力學(xué) 仿真機和姿軌控顯示終端，用以計算衛(wèi)星在任務(wù)信息下的姿軌控狀態(tài)，并且演示相關(guān)運行 狀態(tài)信息；所述指向子系統(tǒng)包括指向控制器、二維轉(zhuǎn)臺、激光測距儀、電子地圖和機器視覺 測量相機，用以演示和驗證衛(wèi)星任務(wù)特性及指向；所述載荷子系統(tǒng)包括載荷模擬器和載荷 顯示終端，用以演示衛(wèi)星在當(dāng)前工作狀態(tài)下的觀測效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述任務(wù)控制終端為一計算機，所述任務(wù)控制終端內(nèi)置空間環(huán)境模型和衛(wèi)星工作模式模 型，用以通過接收外部輸入的觀測目標(biāo)經(jīng)緯度和對應(yīng)的工作模式，計算輸出衛(wèi)星的目標(biāo)軌 道位置、姿態(tài)和對應(yīng)的時間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述交換機采用多口網(wǎng)絡(luò)交換機，通過多根網(wǎng)線將所述任務(wù)控制終端、衛(wèi)星控制器、指向控 制器和載荷模擬器的網(wǎng)絡(luò)端口分別與所述交換機的多個端口相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述衛(wèi)星控制器的嵌入式系統(tǒng)采用ro控制算法，所述衛(wèi)星控制器通過所述交換機接收所 述任務(wù)控制終端輸出的目標(biāo)軌道位置、姿態(tài)、時間數(shù)據(jù)信息；并且通過USB數(shù)據(jù)線與所述動 力學(xué)仿真機相連，接收所述動力學(xué)仿真機輸出的實時姿態(tài)、軌道和指向經(jīng)緯度信息；以及通 過ro控制算法計算并輸出實時控制誤差信息和實時控制信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述動力學(xué)仿真機為一工控機，其內(nèi)置衛(wèi)星動力學(xué)模型，用以通過參數(shù)配置使內(nèi)置衛(wèi)星動 力學(xué)模型與需要演示的衛(wèi)星模型一致，并且通過接收到實時控制信號計算衛(wèi)星的實時姿 態(tài)、軌道和指向經(jīng)緯度信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述姿軌控顯示終端包括多個可編程的LED顯示終端且無縫拼接，每一 LED顯示終端分別 對應(yīng)三維姿態(tài)球模塊、星下點軌跡模塊、姿態(tài)曲線模塊和姿控誤差模塊；所述姿軌控顯示終 端通過USB數(shù)據(jù)線與所述動力學(xué)仿真機相連，并且通過所述三維姿態(tài)球模塊、星下點軌跡 模塊、姿態(tài)曲線模塊和姿控誤差模塊共同作用演示衛(wèi)星實時姿軌控監(jiān)視狀態(tài)；其中所述三 維姿態(tài)球模塊嵌入衛(wèi)星的三維模型，在實時姿態(tài)及軌道數(shù)據(jù)信息驅(qū)動下，顯示當(dāng)前衛(wèi)星的 姿態(tài)及相應(yīng)的坐標(biāo)系狀態(tài)；所述星下點軌跡模塊嵌入世界地圖及地區(qū)模型信息，用以根據(jù) 軌道數(shù)據(jù)信息以顯示衛(wèi)星星下點位置及軌跡；所述姿態(tài)曲線模塊嵌入示波器模型，用以根 據(jù)實時姿態(tài)數(shù)據(jù)信息以顯示衛(wèi)星實時姿態(tài)曲線；所述姿控誤差模塊嵌入示波器模型，用以 根據(jù)實時控制誤差信息以顯示衛(wèi)星的姿控誤差曲線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述指向控制器為一工控機，在所述指向控制器內(nèi)部的多個PCI插槽上分別設(shè)置快速標(biāo) 定模塊、運動控制卡、圖像采集卡和世界地圖模擬源，并且用以實現(xiàn)信號交互共享；其中所 述快速標(biāo)定模塊用以通過所述激光測距儀獲得的實時測量距離信息L、所述二維轉(zhuǎn)臺獲得 的旋轉(zhuǎn)角信息、所述圖像采集卡獲得的實測經(jīng)緯度信息而計算出轉(zhuǎn)換函數(shù)（θ χΙ)，0yD)= f( a t，λ t)，并發(fā)送至所述運動控制卡；所述運動控制卡接收所述衛(wèi)星控制器發(fā)送的指向經(jīng) 緯度信息，并通過所述快速標(biāo)定模塊輸出的轉(zhuǎn)換函數(shù)（exD，eyD) = f(at，At)而計算目標(biāo) 旋轉(zhuǎn)角信息，同時接收所述二維轉(zhuǎn)臺反饋的實時旋轉(zhuǎn)角信息（θ χ，0y)，并利用PID控制器 通過串口數(shù)據(jù)線以控制所述二維轉(zhuǎn)臺運動；所述圖像采集卡通過所述機器視覺測量相機反 饋的圖像信息而計算當(dāng)前激光測距儀的光斑在投影幕布上的電子地圖的實測經(jīng)緯度信息， 并將所述實測經(jīng)緯度信息通過所述指向控制器傳送至所述交換機，以及傳送至所述載荷模 擬器；所述世界地圖模擬源內(nèi)置二維高清世界地圖及經(jīng)緯度坐標(biāo)信息，通過AVI數(shù)據(jù)線與 所述投影儀相連。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述二維轉(zhuǎn)臺包括可旋轉(zhuǎn)的俯仰軸和偏航軸，所述俯仰軸和偏航軸均設(shè)有光電編碼器，以 及通過串口數(shù)據(jù)線將實時旋轉(zhuǎn)角信息傳送至所述運動控制卡。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述激光測距儀通過螺母與所述二維轉(zhuǎn)臺相連，并通過串口數(shù)據(jù)線將實時測量距離信息發(fā) 送至所述快速標(biāo)定模塊；所述電子地圖包括投影儀和投影幕布，所述電子地圖通過世界地 圖模擬源經(jīng)AVI數(shù)據(jù)線與所述投影儀相連，并輸出世界地圖影像至所述投影幕布；所述機 器視覺測量相機采用CCD工業(yè)相機，用以采集所述投影幕布上的世界地圖信息和所述激光 測距儀發(fā)射的激光光斑信息，并通過串口數(shù)據(jù)線傳送至所述圖像采集卡。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種跨平臺對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合演示驗證系統(tǒng)，其特征在于， 所述載荷模擬器為一計算機，所述載荷模擬器用以從所述交換機接收衛(wèi)星實時指向經(jīng)緯度 信息和控制誤差信息e t后評估載荷的觀測區(qū)域和觀測成像質(zhì)量，所生成相應(yīng)的載荷模擬觀 測數(shù)據(jù)通過AVI數(shù)據(jù)線傳送至載荷顯示終端；所述載荷顯示終端為一個LED顯示器，與所述 載荷模擬器通過AVI數(shù)據(jù)線相連，用以實時顯示所述載荷模擬器發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G05B17/02GK104260908SQ201410431634
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】郭崇濱, 陳宏宇, 余舜京, 張永合, 韓興博 申請人:上海微小衛(wèi)星工程中心