]
[0084] 其中(沾犹0分别为目标相对于基准坐标系的滚动角、俯仰角和偏航角，Cu，i，j =1，2,3分别为Cbp矩阵(i，j)位置的元素。反解出的姿态角即为目标本体相对于基准坐标系 的三轴欧拉角，为目标相对于基准坐标系的三轴转角。
[0085] 光源两轴运动执行模块:通过控制卡接收五轴控制指令生成模块输入的光源两轴 控制指令，驱动步进电机完成对光源负载的两轴运动控制。
[0086]目标三轴运动执行模块:通过控制卡接收五轴控制指令生成模块输入的目标三轴 控制指令，驱动步进电机完成对目标负载的三轴运动控制。
[0087]光源两轴运动指令和目标三轴运动指令由一块控制卡接收完成。五轴控制指令传 输采用网口作为数据通信接口，选用UDP方式作为通信协议方式。主要负责传输光源和模拟 目标的五轴控制指令数据，并提供一定数量的保留位，数据传输基于UDP协议开发实现。UDP 数据包格式定义如下：
[0088] 表1 UDP数据包格式
[0089]
12 五轴控制指令生成模块发送的指令数据主要包括光源和目标的运动命令，其传输 内容主要包括有： 2 表2综合控制组件发送数据包格式
[0092]
[0093] 五轴控制指生成模块接收控制卡回传的指令执行结构数据，其数据传输内容主要 包括：
[0094] 表3综合控制组件接收数据包格式
[0095]
[0096]
[0097] 总之，本发明根据空间目标、太阳在空间环境的真实运动变化，应用计算机仿真的 手段动态获取目标和太阳的运动参数，通过数据变换和坐标映射生成地面模拟设备的控制 指令及光源亮度控制指令，完成对目标和光源的控制模拟，控制模拟过程具有高保真度、高 置信度和可扩展性、高动态性的优点。
【主权项】
1. 一种空间目标动态光学特性地面模拟中目标和光源控制模拟系统，其特征在于:包 括太阳运动仿真模块，光源亮度模拟模块，目标运动仿真模块，五轴控制指令生成模块，目 标立轴运动执行模块，光源二轴运动执行模块;其中： 太阳运动仿真模块:计算模拟过程中太阳在太阳系下的位置，根据坐标系关系将太阳 系下的位置矢量转换到地屯、惯性系下，得到地屯、惯性系下的太阳位置矢量，输出给光源亮 度模拟模块和五轴控制指令生成模块； 目标运动仿真模块:完成空间目标的轨道和姿态动力学仿真与控制;根据给定的目标 初始运动参数和控制模式，根据目标运动模型精度要求完成目标动力学模型的建立和数值 积分方法的选择，进行目标运动仿真和控制系统仿真，模拟时需要与太阳运动仿真保持时 间同步;每一仿真步长下输出目标的=轴姿态角、轨道六根数、地屯、惯性系下的位置矢量和 速度矢量给五轴控制指令生成模块，输出地屯、惯性系下的目标位置矢量给光源亮度模拟模 块； 光源亮度模拟模块：用于模拟太阳光的照射;接收太阳运动仿真模块输入的太阳位置 矢量，接收目标运动仿真模块输入的地屯、惯性系下的目标位置矢量，根据太阳福照度模型 和光传输损耗模型，计算在太阳光强在目标处的入射光强，最后基于目标处的太阳入射光 强，结合光源和模拟目标的实际距离，计算出模拟光源的亮度； 五轴控制指令生成模块:完成太阳和目标的运动信息到模拟目标=轴控制指令和光源 两轴控制指令的变换;接收太阳运动模拟模块传入的地屯、惯性系下的太阳位置矢量，接收 目标运动模拟模块输出的目标的=轴姿态角、轨道六根数、地屯、惯性系下的位置矢量和速 度矢量，选定基准坐标系，计算基准坐标系下的太阳的高低角和方位角作为光源两轴控制 指令，目标在基准坐标系下的=轴姿态角作为模拟目标=轴控制指令，将光源两轴控制指 令输出给光源两轴运动执行模块，将目标=轴控制指令输出给目标=轴运动执行模块； 光源两轴运动执行模块:通过控制卡接收五轴控制指令生成模块输入的光源两轴控制 指令，驱动步进电机完成对光源负载的两轴运动控制； 目标=轴运动执行模块:接收五轴控制指令生成模块输出的目标=轴控制指令，驱动 步进电机完成对目标负载的=轴运动控制。2. 根据权利要求1所述的空间目标动态光学特性地面模拟中目标和光源控制模拟系 统，其特征在于:所述光源亮度模拟模块实现过程如下： (1) 接收太阳运动仿真模块输入的地屯、惯性系下的太阳位置矢量接收目标运动仿真 模块输入的地屯、惯性系下的目标位置矢量n; (2) 计算太阳发光强度模型Is,基于目标和太阳的相对位置矢量rs-n，结合光传输损耗 模型，计算目标处的太阳入射光强It; (3) 基于目标处的太阳入射光强It,结合模拟的光源和目标的实际距离r，计算出模拟光 源的亮度。3. 根据权利要求1所述的空间目标动态光学特性地面模拟中目标和光源控制模拟系 统，其特征在于:所述五轴控制指令生成模块实现过程如下： (1)接收太阳运动模拟模块输入的地屯、惯性系下的太阳位置矢量接收目标运动模拟 模块输出的目标的S轴姿态角和姿态角速度(巧、轨道六根数(a，e，i, O，Q ,11)、地屯、 惯性系下的位置矢量n和速度矢量VT，计算轨道系相对于地屯、惯性系的转换矩阵Coi; (2) 计算太阳在目标轨道坐标系下的位置矢量。'，并基于位置矢量计算轨道坐标系下 的高低角a和方位角e; (3) 选取基准坐标系。判断方位角大小，如果方位角.基准坐标系选为目 标的轨道坐标系，如果方位角基准坐标系选为与目标轨道坐标系x、y轴相 反，Z轴与目标轨道系重合的坐标系； (4) 计算基准坐标系下的太阳高低角〇'和方位角0'，目标^轴姿态角如'，护，，根据 基准坐标系和目标轨道坐标系的关系，计算基准坐标系相对于目标轨道坐标系转换矩阵， 基于基准坐标系下的太阳位置矢量计算太阳的高低角和方位角，基于基准系、轨道系和目 标本体系的关系计算基准坐标系下的目标=轴姿态角。4.一种空间目标动态光学特性地面模拟中目标和光源控制模拟方法，其特征在于实现 步骤为： (1) 首先运行太阳运动仿真模块和目标运动仿真模块，太阳运动仿真模块输出太阳在 地屯、惯性系下的位置矢量，目标运动仿真模块输出目标的=轴姿态角、轨道六根数、地屯、惯 性系下的位置矢量和速度矢量； (2) 光源亮度模拟模块输入地屯、惯性系下太阳的位置矢量和目标的位置矢量，根据太 阳光福射强度模型和光传输损耗模型，结合模拟光源和模拟目标的实际距离计算模拟光源 的亮度； (3) 五轴控制指令生成模块输入地屯、惯性系下太阳的位置矢量，输入目标的=轴姿态 角、轨道六根数、地屯、惯性系下的位置矢量和速度矢量，计算基准坐标系下的太阳的高低角 和方位角并输出给光源两轴运动执行模块，计算基准坐标系下的目标的=轴姿态角输出给 目标=轴运动执行模块； (4) 光源两轴运动执行模块接收基准坐标系下的太阳的高低角和方位角指令完成对光 源负载的两轴运动控制；目标=轴运动执行模块接收基准坐标系下的目标的=轴姿态角完 成对目标=轴的运动控制。
【专利摘要】本发明涉及一种空间目标动态光学特性地面模拟中目标和光源控制模拟系统及方法，包括太阳运动仿真模块，光源亮度模拟模块，目标运动仿真模块，五轴控制指令生成模块，目标三轴运动执行模块，光源两轴运动执行模块；通过太阳、目标的运动仿真生成太阳和目标的运动数据，并通过坐标映射和数据转换生成地面模拟设备中的目标和光源的控制指令，驱动执行机构完成目标和光源的控制模拟。本发明提供了一种基于空间环境下太阳和目标真实运动的地面模拟设备中目标和光源控制模拟方法，很好的支持空间目标动态光学特性的研究。
【IPC分类】G05D3/12
【公开号】CN105511500
【申请号】CN201510891173
【发明人】张扬, 杜志贵, 孙成明, 刘永奇, 刘鑫
【申请人】中国科学院光电研究院
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月7日