深空撞击探测器运动仿真系统研究与实现
发布时间：2021-07-17 19:55
深空撞击探测是深空探测任务的一个重要分支,也是近些年来深空探测的热点。深空撞击探测一般是相对于小行星而言的。小行星的规模比大天体的体积要小几十甚至几百倍,这就对深空撞击探测器的精度、准确性和自主导航能力提出了较高要求。深空撞击探测器研制和发射的经济成本和人力成本都是异常昂贵的,所以提高每次深空撞击探测任务的精度,减少故障率是必然要求。然而,通过实际深空实验的方式对深空撞击探测器进行测试是不现实而且成本昂贵的,地面实验成为唯一低成本且效果合适的测试方式。针对深空撞击探测器的地面模拟仿真测试,本文设计了一套深空撞击探测器运动仿真系统,实现对深空撞击探测器的地面仿真测试。本文首先对深空撞击探测中的基本理论进行了介绍,然后对系统的方案进行了设计,同时针对方案设计对硬件的选型进行了阐述,最后完成了对深空撞击探测器运动仿真系统硬件平台的搭建。本文分析了深空撞击探测仿真测试困难的原因,结合深空撞击探测过程中需要重点验证的项目,设计出了四套软件系统。它们分别是主控系统、行星目标动态模拟系统、探测器轨迹仿真系统、行星目标图像处理系统。其中主控系统与深空撞击探测器内部高度集成化的电子设备通信,对内部电子设...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
火星96实物图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-击器[20]。撞击器的结构如图1-2所示，可以看到撞击器中电子设备较密集且精度要求比较高。为了保证撞击器的撞击精度以及获取数据的效率，英国针对这些做了很多模拟实验，为实际的深空探测提供工程上的支持。图1-2“撞月探针撞击器”内部结构模拟图中国的航天工程起步较欧美国家晚，其中载人航天一直是重点，所以在深空探测这一块内容还比较少，探索也是在初步阶段。2011年，中国曾与俄罗斯合作，发射过“萤火一号”探测器，但是由于技术力的限制，没有离开地球就在大气层被焚毁。其中“嫦娥”系列是中国研究最成功的深空探测器系列，它们承载着多项探测任务，也都圆满完成。针对撞击探测这种探测模式，中国的研究还在理论阶段，其中上海卫星研究所的月球穿透器[21]和中国空间技术研究院的火星穿透器[22]是最具代表性的两个研究成果。综上所述，国外对深空撞击探测领域的研究比较早，研究成果也比较丰富。特别是美国和俄国，他们对深空撞击探测的研究已有几十年的历史，技术力比较雄厚。但是在他们研究的过程中也不是一帆风顺的，发射的失败和登陆之后失联是常有的事。由于深空环境的未知性和深空撞击探测的高精密性，保证深空撞击探测能够正确实施的地面实验和测试验证就成了深空撞击探测重要的一环。1.2.2星背景模拟研究现状在进行深空探测时，需要根据恒星、行星等信息来确定探测器的姿态信息和位置信息，根据这些信息来对探测过程进行指导，这些信息的精度极大地影响了探测器的导航精度[23]。在提供这些信息的设备中，以通过恒星确定姿态位置的星敏感器拥有最高精度。星敏感器也称导航敏感器。在深空探测的不断发展中，对星敏感器的精度要求越来越高，这就使得星敏感器的地面测试要求越来越高[24]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-21-2.4.2.3交换机选型本文中，交换机采用华为的千兆口交换机。具体参数如下：下行端口为24个10/1000Base-TX以太网端口，上行端口与下行口共用，MAC地址表为8KMAC，额定电压为100V~240VAC，功耗小于14.2W。图2-12交换机实物图2.4.3硬件平台搭建通过对系统设计的阐述，完成了对主要硬件平台的搭建。这些硬件平台包括深空撞击探测器运动仿真系统和外部的数据输入系统，是实验的基础平台。图2-13六自由度运动平台图2-14深空撞击探测器运动仿真系统硬件平台图2-13是六自由度运动平台，撞击探测器在仿真时会被放置在六自由度运动平台的白色云台上，通过六自由度运动平台带动撞击探测器进行运动。六自由度运动平台可以通过导轨进行前后左右的运动，也可以通过机架进行上下的运动，同时白色的云台也可单独旋转。图2-14是深空撞击探测器运动仿真系统的硬件平台。系统的内部通信通过
【参考文献】：
期刊论文
[1]线性参照系与大地坐标系的相互转换[J]. 邓兴升,黄小鹏. 测绘工程. 2019(01)
[2]STK软件在数字目标场景仿真中的应用[J]. 郭晓宇,奚超超,潘志明. 现代雷达. 2018(11)
[3]动态目标模拟器星图显示系统设计[J]. 孙铭坤,张宁. 长春理工大学学报(自然科学版). 2018(05)
[4]我国探月工程技术发展综述[J]. 于登云,吴学英,吴伟仁. 深空探测学报. 2016(04)
[5]近地小行星威胁与防御研究现状[J]. 马鹏斌,宝音贺西. 深空探测学报. 2016(01)
[6]小天体附近轨道动力学与控制研究现状与展望[J]. 崔平远,乔栋. 力学进展. 2013(04)
[7]月球穿透器与月震仪组网探测研究[J]. 周必磊,王强,尤伟,褚英志. 上海航天. 2012(05)
[8]航天仿真技术综述[J]. 赵晨光,郑昌文. 军事运筹与系统工程. 2009(03)
[9]基于STK二次开发的全球导航星座部署研究[J]. 胡伟,王劼. 系统仿真学报. 2008(23)
[10]基于OpenGL的空间探测器飞行轨迹可视化[J]. 张汉清,李言俊. 测控技术. 2008(06)
硕士论文
[1]星壤撞击器侵彻特性及其影响因素研究[D]. 刘润涛.哈尔滨工业大学 2017
[2]星模拟器精度测试方法研究[D]. 姜文璋.长春理工大学 2017
[3]深空探测火星目标模拟方法研究与实现[D]. 宋旭伟.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于虚拟仪器的动态星模拟器通讯及显示系统设计[D]. 吕志强.哈尔滨工业大学 2013
[5]天文测量室内仿真技术研究[D]. 朱永兴.解放军信息工程大学 2011
[6]小天体探测轨道设计与仿真[D]. 李旦伟.哈尔滨工业大学 2009
[7]动态星模拟器星图仿真技术研究[D]. 马士宝.长春理工大学 2009
[8]深空撞击探测末制导律的设计与分析[D]. 周卫文.哈尔滨工业大学 2008
[9]移动机器人自主导航与定位技术[D]. 董彩玉.河北工业大学 2007
[10]小型星模拟器的研制方法和研制技术[D]. 张文明.电子科技大学 2003
本文编号：3288835
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
火星96实物图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-击器[20]。撞击器的结构如图1-2所示，可以看到撞击器中电子设备较密集且精度要求比较高。为了保证撞击器的撞击精度以及获取数据的效率，英国针对这些做了很多模拟实验，为实际的深空探测提供工程上的支持。图1-2“撞月探针撞击器”内部结构模拟图中国的航天工程起步较欧美国家晚，其中载人航天一直是重点，所以在深空探测这一块内容还比较少，探索也是在初步阶段。2011年，中国曾与俄罗斯合作，发射过“萤火一号”探测器，但是由于技术力的限制，没有离开地球就在大气层被焚毁。其中“嫦娥”系列是中国研究最成功的深空探测器系列，它们承载着多项探测任务，也都圆满完成。针对撞击探测这种探测模式，中国的研究还在理论阶段，其中上海卫星研究所的月球穿透器[21]和中国空间技术研究院的火星穿透器[22]是最具代表性的两个研究成果。综上所述，国外对深空撞击探测领域的研究比较早，研究成果也比较丰富。特别是美国和俄国，他们对深空撞击探测的研究已有几十年的历史，技术力比较雄厚。但是在他们研究的过程中也不是一帆风顺的，发射的失败和登陆之后失联是常有的事。由于深空环境的未知性和深空撞击探测的高精密性，保证深空撞击探测能够正确实施的地面实验和测试验证就成了深空撞击探测重要的一环。1.2.2星背景模拟研究现状在进行深空探测时，需要根据恒星、行星等信息来确定探测器的姿态信息和位置信息，根据这些信息来对探测过程进行指导，这些信息的精度极大地影响了探测器的导航精度[23]。在提供这些信息的设备中，以通过恒星确定姿态位置的星敏感器拥有最高精度。星敏感器也称导航敏感器。在深空探测的不断发展中，对星敏感器的精度要求越来越高，这就使得星敏感器的地面测试要求越来越高[24]。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-21-2.4.2.3交换机选型本文中，交换机采用华为的千兆口交换机。具体参数如下：下行端口为24个10/1000Base-TX以太网端口，上行端口与下行口共用，MAC地址表为8KMAC，额定电压为100V~240VAC，功耗小于14.2W。图2-12交换机实物图2.4.3硬件平台搭建通过对系统设计的阐述，完成了对主要硬件平台的搭建。这些硬件平台包括深空撞击探测器运动仿真系统和外部的数据输入系统，是实验的基础平台。图2-13六自由度运动平台图2-14深空撞击探测器运动仿真系统硬件平台图2-13是六自由度运动平台，撞击探测器在仿真时会被放置在六自由度运动平台的白色云台上，通过六自由度运动平台带动撞击探测器进行运动。六自由度运动平台可以通过导轨进行前后左右的运动，也可以通过机架进行上下的运动，同时白色的云台也可单独旋转。图2-14是深空撞击探测器运动仿真系统的硬件平台。系统的内部通信通过
【参考文献】：
期刊论文
[1]线性参照系与大地坐标系的相互转换[J]. 邓兴升,黄小鹏. 测绘工程. 2019(01)
[2]STK软件在数字目标场景仿真中的应用[J]. 郭晓宇,奚超超,潘志明. 现代雷达. 2018(11)
[3]动态目标模拟器星图显示系统设计[J]. 孙铭坤,张宁. 长春理工大学学报(自然科学版). 2018(05)
[4]我国探月工程技术发展综述[J]. 于登云,吴学英,吴伟仁. 深空探测学报. 2016(04)
[5]近地小行星威胁与防御研究现状[J]. 马鹏斌,宝音贺西. 深空探测学报. 2016(01)
[6]小天体附近轨道动力学与控制研究现状与展望[J]. 崔平远,乔栋. 力学进展. 2013(04)
[7]月球穿透器与月震仪组网探测研究[J]. 周必磊,王强,尤伟,褚英志. 上海航天. 2012(05)
[8]航天仿真技术综述[J]. 赵晨光,郑昌文. 军事运筹与系统工程. 2009(03)
[9]基于STK二次开发的全球导航星座部署研究[J]. 胡伟,王劼. 系统仿真学报. 2008(23)
[10]基于OpenGL的空间探测器飞行轨迹可视化[J]. 张汉清,李言俊. 测控技术. 2008(06)
硕士论文
[1]星壤撞击器侵彻特性及其影响因素研究[D]. 刘润涛.哈尔滨工业大学 2017
[2]星模拟器精度测试方法研究[D]. 姜文璋.长春理工大学 2017
[3]深空探测火星目标模拟方法研究与实现[D]. 宋旭伟.哈尔滨工业大学 2016
[4]基于虚拟仪器的动态星模拟器通讯及显示系统设计[D]. 吕志强.哈尔滨工业大学 2013
[5]天文测量室内仿真技术研究[D]. 朱永兴.解放军信息工程大学 2011
[6]小天体探测轨道设计与仿真[D]. 李旦伟.哈尔滨工业大学 2009
[7]动态星模拟器星图仿真技术研究[D]. 马士宝.长春理工大学 2009
[8]深空撞击探测末制导律的设计与分析[D]. 周卫文.哈尔滨工业大学 2008
[9]移动机器人自主导航与定位技术[D]. 董彩玉.河北工业大学 2007
[10]小型星模拟器的研制方法和研制技术[D]. 张文明.电子科技大学 2003
本文编号：3288835
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