一種多航天器空間立體信息組網仿真系統及采用該系統實現的仿真方法
【專利摘要】一種多航天器空間立體信息組網仿真系統及采用該系統實現的仿真方法，屬于多航天器空間立體信息組網領域。解決了現有的多航天器仿真平臺配置單一，各仿真單元運動維度受限，無法模擬復雜的多航天器信息組網的問題。本發明采用了六自由度的四軸飛行器以及基于平面二維平動和垂直于平動平面一維轉動的差分驅動移動機器人作為航天器仿真單元，通過可配置的WIFI以及ZIGBEE技術作為信息交互手段，以雙目視覺系統實現高精度相對位置和姿態的標定。可根據不同的仿真要求配置工作狀態，從而形成多航天器空間立體信息組網的仿真系統。主要用于多航天器的組網。
【專利說明】
一種多航天器空間立體信息組網仿真系統及采用該系統實現的仿真方法
技術領域
[0001]本發明屬于多航天器空間立體信息組網領域。【背景技術】
[0002]隨著對太空資源爭奪的日益激烈和軍事航天技術的飛速發展，世界各主要國家均加大對空間信息系統的建設力度。空間信息網絡是以空間平臺為載體，實時獲取、傳輸和處理空間信息的網絡系統。其核心是衛星通信網，是單一衛星通信系統的進一步發展，其中星間組網、路由、傳輸協議等正是其必須突破的關鍵技術。
[0003]目前，世界眾多已進入在軌驗證階段或研究的航天部門均非常重視關鍵技術的地面驗證工作，建立了全物理/半物理仿真平臺，以此降低系統研制風險。由于國內空間信息網絡建設處于起步階段，同時物理仿真實驗存在仿真模擬設備復雜、開發資金過高等原因， 國內尚無該方面專用的物理仿真平臺。類似功能的多航天器仿真平臺有哈爾濱工業大學與裝備指揮技術學院引進、開發和建立的兩套基于五自由度微小衛星物理仿真平臺，以及以氣浮平臺為主的分布式航天器仿真平臺。雖然其對多航天器系統控制算法的定性仿真驗證起到了積極的促進作用，但是普遍存在仿真平臺配置固化的局限性問題，仿真航天器單元運動維度單一受限，并且缺乏靈活通變的通信設備，無法實現在運動過程中的航天器中進行信息組網的仿真功能，在很大程度上制約了其進一步應用。為此迫切需要設計和建設具有多運動自由度和高可擴展性的適應不同任務的多航天器空間立體信息組網仿真系統以滿足對該研究方向進行地面實物仿真的需求。
【發明內容】
[0004]本發明是為了解決現有的多航天器仿真平臺配置單一，各仿真單元運動維度受限，無法模擬復雜的多航天器信息組網的問題。本發明提供了一種多航天器空間立體信息組網仿真系統及采用該系統實現的仿真方法。
[0005]—種多航天器空間立體信息組網仿真系統，它包括多個航天器仿真單元、地面控制計算機、顯示終端、地面數據庫終端、總控終端、2號通信模塊和3號雙目攝像系統，所述的地面控制計算機的顯示信號輸出端與顯示終端的顯示信號輸入端連接，地面控制計算機的數據信號輸入/輸出端與地面數據庫終端的數據信號輸入/輸出端連接，地面控制計算機的指令信號輸入/輸出端與2號通信模塊的指令信號輸入/輸出端連接，地面控制計算機的控制信號輸入/輸出端與總控終端的控制信號輸入/輸出端連接，地面控制計算機的圖像信號輸入/輸出端與3號雙目攝像系統的圖像信號輸入/輸出端連接，
[0006]每個航天器仿真單元包括四軸飛行器、差分驅動移動機器人、兩個1號通信模塊、1 號雙目攝像系統、2號雙目攝像系統、兩個仿真計算機；
[0007]各個差分驅動移動機器人用于完成在二維空間平動和垂直于地面的單軸轉動，
[0008]各個四軸飛行器用于完成在仿真空間內，進行六自由度的運動，
[0009]其中，一個仿真計算機、一個1號通信模塊和1號雙目攝像系統均固定在四軸飛行器上，且所述的一個仿真計算機的控制信號輸入/輸出端與四軸飛行器的控制信號輸入/輸出端連接，一個仿真計算機的數據信號輸入/輸出端與一個1號通信模塊的數據信號輸入/ 輸出端連接，一個仿真計算機的控制信號輸出端與1號雙目攝像系統的控制信號輸入端連接，一個仿真計算機的圖像信號輸入端與1號雙目攝像系統的圖像信號輸出端連接，
[0010]1號雙目攝像系統用于采集四軸飛行器周圍的圖像信息；
[0011]另一個仿真計算機、另一個1號通信模塊和2號雙目攝像系統均固定在差分驅動移動機器人上，且所述的另一個仿真計算機的控制信號輸入/輸出端與差分驅動移動機器人的控制信號輸入/輸出端連接，另一個仿真計算機的數據信號輸入/輸出端與另一個1號通信模塊的數據信號輸入/輸出端連接，另一個仿真計算機的控制信號輸出端與2號雙目攝像系統的控制信號輸入端連接，另一個仿真計算機的圖像信號輸入端與2號雙目攝像系統的圖像信號輸出端連接，
[0012] 2號雙目攝像系統用于采集差分驅動移動機器人周圍的圖像信息；
[0013]多個航天器仿真單元之間、四軸飛行器與差分驅動移動機器人、多個航天器仿真單元與地面控制計算機之間均通過無線通信的方式進行信息交互。
[0014]所述的1號通信模塊包括兩個天線旋轉器、WIFI通信模塊、ZIGBEE通信模塊、1號移相網絡模塊、2號移相網絡模塊、1號天線陣列和2號天線陣列；[〇〇15] WIFI通信模塊、1號移相網絡模塊和1號天線陣列固定在一個天線旋轉器上，WIFI 通信模塊的第一數據信號輸入/輸出端與1號移相網絡模塊的第一數據信號輸入/輸出端連接，1號移相網絡模塊的第二數據信號輸入/輸出端與1號天線陣列的數據信號輸入/輸出端連接；
[0016] ZIGBEE通信模塊、2號移相網絡模塊和2號天線陣列固定在另一個天線旋轉器上， ZIGBEE通信模塊的第一數據信號輸入/輸出端與2號移相網絡模塊的第一數據信號輸入/輸出端連接，2號移相網絡模塊的第二數據信號輸入/輸出端與2號天線陣列的數據信號輸入/ 輸出端連接；[〇〇17]兩個天線旋轉器的數據信號輸入/輸出端、WIFI通信模塊的第二數據信號輸入/輸出端、ZIGBEE通信模塊的第二數據信號輸入/輸出端和仿真計算機的數據信號輸入/輸出端同時連接。
[0018]所述的1號通信模塊和2號通信模塊的結構完全相同。
[0019]所述的1號雙目攝像系統包括6個雙目攝像頭和一個視覺處理計算機；
[0020]所述的6個雙目攝像頭均固定在四軸飛行器上，且其中一個雙目攝像頭固定在四軸飛行器頂部，另一個雙目攝像頭固定在四軸飛行器底部，剩余的4個雙目攝像頭分別固定在四軸飛行器的前、后、左、右，[0021 ]6個雙目攝像頭的數據信號輸入/輸出端與視覺處理計算機的數據信號輸入/輸出端連接，視覺處理計算機的圖像信號輸出端與一個仿真計算機的圖像信號輸入端連接，視覺處理計算機的控制信號輸入端與一個仿真計算機的控制信號輸出端連接；
[0022]視覺處理計算機的圖像信號輸出端作為1號雙目攝像系統的圖像信號輸出端；
[0023]視覺處理計算機的控制信號輸入端作為1號雙目攝像系統的控制信號輸入端。
[0024]所述的2號雙目攝像系統包括5個雙目攝像頭和一個視覺處理計算機；
[0025]所述的5個雙目攝像頭均固定在差分驅動移動機器人上，且其中一個雙目攝像頭固定在差分驅動移動機器人頂部，剩余的4個雙目攝像頭分別固定在差分驅動移動機器人的前、后、左、右，
[0026]5個雙目攝像頭的數據信號輸入/輸出端與視覺處理計算機的數據信號輸入/輸出端連接，視覺處理計算機的圖像信號輸出端與另一個仿真計算機的圖像信號輸入端連接， 視覺處理計算機的控制信號輸入端與另一個仿真計算機的控制信號輸出端連接；
[0027]視覺處理計算機的圖像信號輸出端作為2號雙目攝像系統的圖像信號輸出端；
[0028]視覺處理計算機的控制信號輸入端作為2號雙目攝像系統的控制信號輸入端。
[0029]所述的2號雙目攝像系統和1號雙目攝像系統的結構完全相同。
[0030]所述的WIFI通信模塊和ZIGBEE通信模塊均具有發射功率可配置，信道碼速率可配置的功能。
[0031]采用所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統實現的仿真方法，該方法的具體過程為:
[0032]步驟一、對多航天器空間立體信息組網仿真系統的通信功能進行測試，測試項包括對天線數據發射功率、天線數據傳輸速率、天線波束角及天線旋轉器的標定，保證各個四軸飛行器、差分驅動移動機器人及地面控制計算機之間的通信鏈路正常工作；
[0033]步驟二、對每一個航天器仿真單元以不同顏色進行噴漆并編號，對多航天器空間立體信息組網仿真系統的雙目視覺定位功能、定姿功能進行測試，確實各視覺設備正常工作;通過各航天器仿真單元中的視覺系統，對其各自航天器仿真單元中的四軸飛行器和差分驅動移動機器人進行初始位置，以及初始姿態的標定；[〇〇34]步驟三、依據任務需求，由地面控制計算機通過2號通信模塊將控制指令分發到各航天器仿真單元中，使四軸飛行器處于飛行狀態；
[0035]步驟四、由地面控制計算機發出控制指令，使各四軸飛行器、差分驅動移動機器人處于工作狀態，并且按照要求進行相互之間的通信，以實現各航天器仿真單元間信息組網；
[0036]步驟五、地面控制計算機接收，并記錄各航天器仿真單元發來的所有仿真數據和工作狀態，并根據仿真數據進行仿真控制的修改，顯示終端實時的顯示各航天器仿真單元的發射功率、接收信號強度、誤碼率、鏈路通斷情況、位置和姿態信息。
[0037]本發明的多航天器空間立體信息組網與協同控制仿真系統主要用于多航天器空間信息網絡關鍵技術的地面仿真，也可以直接用于空間信息組網拓撲控制，網路路由，網絡協議，網絡資源管理控制與優化的演示驗證。
[0038]本發明帶來的有益效果是，本發明采用了六自由度的四軸飛行器以及基于平面二維平動和垂直于平動平面一維轉動的差分驅動移動機器人作為航天器仿真單元，通過可配置的WIFI以及ZIGBEE技術作為信息交互手段，以雙目視覺系統實現高精度相對位置和姿態的標定。可根據不同的仿真要求配置工作狀態，從而形成多航天器空間立體信息組網的仿真系統。本發明可根據任務要求對各航天器仿真單元進行不同配置，建立復雜的空間立體環境，進行航天器間信息組網的相關仿真，并具有良好的實用性與擴展性。【附圖說明】
[0039]圖1是本發明所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統的結構示意圖；
[0040]圖2是1號通信模塊和1號雙目攝像系統的結構示意圖。【具體實施方式】
[0041]【具體實施方式】一:參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統，它包括多個航天器仿真單元、地面控制計算機3、顯示終端4、地面數據庫終端5、總控終端6、2號通信模塊10和3號雙目攝像系統11，所述的地面控制計算機3 的顯示信號輸出端與顯示終端4的顯示信號輸入端連接，地面控制計算機3的數據信號輸入/輸出端與地面數據庫終端5的數據信號輸入/輸出端連接，地面控制計算機3的指令信號輸入/輸出端與2號通信模塊10的指令信號輸入/輸出端連接，地面控制計算機3的控制信號輸入/輸出端與總控終端6的控制信號輸入/輸出端連接，地面控制計算機3的圖像信號輸入/輸出端與3號雙目攝像系統11的圖像信號輸入/輸出端連接，
[0042]每個航天器仿真單元包括四軸飛行器1、差分驅動移動機器人2、兩個1號通信模塊 7、1號雙目攝像系統8-1、2號雙目攝像系統8-2、兩個仿真計算機9;
[0043]各個差分驅動移動機器人2用于完成在二維空間平動和垂直于地面的單軸轉動，
[0044]各個四軸飛行器1用于完成在仿真空間內，進行六自由度的運動，
[0045]其中，一個仿真計算機9、一個1號通信模塊7和1號雙目攝像系統8-1均固定在四軸飛行器1上，且所述的一個仿真計算機9的控制信號輸入/輸出端與四軸飛行器1的控制信號輸入/輸出端連接，一個仿真計算機9的數據信號輸入/輸出端與一個1號通信模塊7的數據信號輸入/輸出端連接，一個仿真計算機9的控制信號輸出端與1號雙目攝像系統8-1的控制信號輸入端連接，一個仿真計算機9的圖像信號輸入端與1號雙目攝像系統8-1的圖像信號輸出端連接，
[0046]1號雙目攝像系統8-1用于采集四軸飛行器1周圍的圖像信息；
[0047]另一個仿真計算機9、另一個1號通信模塊7和2號雙目攝像系統8-2均固定在差分驅動移動機器人2上，且所述的另一個仿真計算機9的控制信號輸入/輸出端與差分驅動移動機器人2的控制信號輸入/輸出端連接，另一個仿真計算機9的數據信號輸入/輸出端與另一個1號通信模塊7的數據信號輸入/輸出端連接，另一個仿真計算機9的控制信號輸出端與 2號雙目攝像系統8-2的控制信號輸入端連接，另一個仿真計算機9的圖像信號輸入端與2號雙目攝像系統8-2的圖像信號輸出端連接，
[0048]2號雙目攝像系統8-2用于采集差分驅動移動機器人2周圍的圖像信息；
[0049]多個航天器仿真單元之間、四軸飛行器1與差分驅動移動機器人2、多個航天器仿真單元與地面控制計算機3之間均通過無線通信的方式進行信息交互。
[0050]本實施方式，本發明所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統由四部分構成，包括:基礎平臺單元，無線通信系統，雙目視覺定位、定姿系統，地面控制系統。
[0051]多個航天器仿真單元之間、四軸飛行器1與差分驅動移動機器人2、多個航天器仿真單元與地面控制計算機3之間均通過無線通信的方式進行信息交互，
[0052]通過無線進行各航天器仿真單元的運動狀態配置，建立時變的航天器構型環境， 結合通信模塊的配置，實現信息組網，該組網通過網絡拓撲技、路由技術、協議跨層資源調配技術實現。
[0053]航天器仿真單元中設置的1號雙目攝像系統8-1和2號雙目攝像系統8-2用于實現各基礎單元之間的高精度相對位置確定和姿態標定；
[0054]地面數據庫終端5用于存儲與記錄所有下載的數據與仿真結果，總控終端6用于實現下達指令。
[0055]【具體實施方式】二:參見圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統的區別在于，所述的1號通信模塊7包括兩個天線旋轉器7-1、1正1通信模塊7-2、2168￡￡通信模塊7-3、1號移相網絡模塊7-4、2號移相網絡模塊7_5、1號天線陣列7-6和2號天線陣列7-7;[〇〇56] WIFI通信模塊7-2、1號移相網絡模塊7-4和1號天線陣列7-6固定在一個天線旋轉器7-1上，WIFI通信模塊7-2的第一數據信號輸入/輸出端與1號移相網絡模塊7-4的第一數據信號輸入/輸出端連接，1號移相網絡模塊7-4的第二數據信號輸入/輸出端與1號天線陣列7-6的數據信號輸入/輸出端連接；[〇〇57] ZIGBEE通信模塊7-3、2號移相網絡模塊7-5和2號天線陣列7-7固定在另一個天線旋轉器7-1上，ZIGBEE通信模塊7-3的第一數據信號輸入/輸出端與2號移相網絡模塊7-5的第一數據信號輸入/輸出端連接，2號移相網絡模塊7-5的第二數據信號輸入/輸出端與2號天線陣列7-7的數據信號輸入/輸出端連接；[〇〇58]兩個天線旋轉器7-1的數據信號輸入/輸出端、WIFI通信模塊7-2的第二數據信號輸入/輸出端、ZIGBEE通信模塊7-3的第二數據信號輸入/輸出端和仿真計算機9的數據信號輸入/輸出端同時連接。
[0059]本實施方式，每個差分驅動移動機器人2、四軸飛行器1、地面控制計算機3均裝備 WIFI以及ZIGBEE通信模塊，可進行航天器仿真單元的數據下傳、相互之間的通信組網以及地面控制計算機3的指令上傳。
[0060]WIFI通信模塊7-2和ZIGBEE通信模塊7-3具有天線波束角可調的特點，(a)可通過配置電機進行天線的旋轉，b通過對移相網絡的控制，進行天線波束角的調整。
[0061]本發明既可以通過WIFI通信模塊7-2和ZIGBEE通信模塊7-3對1號移相網絡模塊7-4,2號移相網絡模塊7-5的饋電相位的控制實現對天線波束角的控制，也可以通過對天線旋轉器7-1的控制調整天線指向，最終達到對輻射功率的控制。[〇〇62]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】二所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統的區別在于，所述的1號通信模塊7和2號通信模塊10的結構完全相同。
[0063]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一或二所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統的區別在于，所述的1號雙目攝像系統8-1包括6個雙目攝像頭8-1-1和一個視覺處理計算機8-1-2;
[0064]所述的6個雙目攝像頭8-1-1均固定在四軸飛行器1上，且其中一個雙目攝像頭8-1-1固定在四軸飛行器1頂部，另一個雙目攝像頭8-1-1固定在四軸飛行器1底部，剩余的4個雙目攝像頭8-1-1分別固定在四軸飛行器1的前、后、左、右，[〇〇65]6個雙目攝像頭8-1-1的數據信號輸入/輸出端與視覺處理計算機8-1-2的數據信號輸入/輸出端連接，視覺處理計算機8-1-2的圖像信號輸出端與一個仿真計算機9的圖像信號輸入端連接，視覺處理計算機8-1-2的控制信號輸入端與一個仿真計算機9的控制信號輸出端連接；[〇〇66]視覺處理計算機8-1-2的圖像信號輸出端作為1號雙目攝像系統8-1的圖像信號輸出立而；
[0067]視覺處理計算機8-1-2的控制信號輸入端作為1號雙目攝像系統8-1的控制信號輸入端。
[0068]本實施方式，四軸飛行器1安裝的6個雙目攝像頭8-1-1安裝方向為，其中4個分別為等分水平面向外，另外兩個為垂直于水平面向上與向下，分別對四軸飛行器1的上、下、 左、右、前、后6個方向圖像采集。
[0069]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一或二所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統的區別在于，所述的2號雙目攝像系統8-2包括5個雙目攝像頭8-1-1和一個視覺處理計算機8-1-2;
[0070]所述的5個雙目攝像頭8-1-1均固定在差分驅動移動機器人2上，且其中一個雙目攝像頭8-1-1固定在差分驅動移動機器人2頂部，剩余的4個雙目攝像頭8-1-1分別固定在差分驅動移動機器人2的前、后、左、右，
[0071]5個雙目攝像頭8-1-1的數據信號輸入/輸出端與視覺處理計算機8-1-2的數據信號輸入/輸出端連接，視覺處理計算機8-1-2的圖像信號輸出端與另一個仿真計算機9的圖像信號輸入端連接，視覺處理計算機8-1-2的控制信號輸入端與另一個仿真計算機9的控制信號輸出端連接；[〇〇72]視覺處理計算機8-1-2的圖像信號輸出端作為2號雙目攝像系統8-2的圖像信號輸出立而；
[0073]視覺處理計算機8-1-2的控制信號輸入端作為2號雙目攝像系統8-2的控制信號輸入端。
[0074]本實施方式，差分驅動移動機器人2安裝的5個雙目攝像頭8-1-1安裝方向為，其中四個分別為等分運動平面向外，另外一個為垂直于運動平面向上，用于對差分驅動移動機器人2的上、前、后、左、右五個方向的圖像采集。
[0075]仿真計算機9是各個航天器仿真單元的主要控制器，負責運行網絡控制算法，實現對視覺處理計算機8-1-2、1號通信模塊7以及各個差分驅動移動機器人2及四軸飛行器1上的運動控制計算機信息的處理與控制。[〇〇76]仿真計算機9通過與WIFI通信模塊7-2、ZIGBEE通信模塊7-3的數據交互實現與地面和其他仿真單元的信息共享，并且根據預定的算法自主配置通信模塊的碼速率，發射功率、時延和控制天線旋轉器7-1，以創造出滿足仿真要求的通信條件;也可以通過地面指令進行對通信模塊和各個差分驅動移動機器人2和四軸飛行器1上的運動控制計算機下達控制指令。
[0077]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】五所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統的區別在于，所述的2號雙目攝像系統8-2和1號雙目攝像系統8-1的結構完全相同。
[0078]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】二所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統的區別在于，所述的WIFI通信模塊7-2和ZIGBEE通信模塊7-3均具有發射功率可配置，信道碼速率可配置的功能。[〇〇79]本實施方式，所述的WIFI通信模塊7-2和ZIGBEE通信模塊7-3均具有發射功率可配置，信道碼速率可配置的功能，可以實現模擬各航天器間的變距離造成的信號衰減以及進行相應的網絡拓撲以及資源配置管理控制。
[0080]【具體實施方式】八:采用【具體實施方式】一所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統實現的仿真方法，該方法的具體過程為:
[0081]步驟一、對多航天器空間立體信息組網仿真系統的通信功能進行測試，測試項包括對天線數據發射功率、天線數據傳輸速率、天線波束角及天線旋轉器7-1的標定，保證各個四軸飛行器1、差分驅動移動機器人2及地面控制計算機3之間的通信鏈路正常工作；
[0082]步驟二、對每一個航天器仿真單元以不同顏色進行噴漆并編號，對多航天器空間立體信息組網仿真系統的雙目視覺定位功能、定姿功能進行測試，確實各視覺設備正常工作;通過各航天器仿真單元中的視覺系統，對其各自航天器仿真單元中的四軸飛行器1和差分驅動移動機器人2進行初始位置，以及初始姿態的標定；[〇〇83]步驟三、依據任務需求，由地面控制計算機3通過2號通信模塊10將控制指令分發到各航天器仿真單元中，使四軸飛行器1處于飛行狀態；
[0084]步驟四、由地面控制計算機3發出控制指令，使各四軸飛行器1、差分驅動移動機器人2處于工作狀態，并且按照要求進行相互之間的通信，以實現各航天器仿真單元間信息組網；
[0085]步驟五、地面控制計算機3接收，并記錄各航天器仿真單元發來的所有仿真數據和工作狀態，并根據仿真數據進行仿真控制的修改，顯示終端4實時的顯示各航天器仿真單元的發射功率、接收信號強度、誤碼率、鏈路通斷情況、位置和姿態信息。
[0086]本實施方式中，各差分驅動移動機器人2與四軸飛行器1外表面可使用不同顏色的棋盤型噴漆達到個體識別與相對姿態確定的目的。[〇〇87]視覺處理計算機8-1-2,負責統一收集雙目攝像頭8-1-1采集的圖像信息并進行計算，通過計算結果比對得出視場中其余航天器仿真單元的編號、相對位置與姿態信息，仿真計算機9將獲取到的不同仿真單元相對位置和姿態信息作為輸入量，結合其它控制條件得出控制指令，將控制指令送入四軸飛行器1與差分驅動移動機器人2的運動控制計算機，實現對各航天器仿真單元的動力學控制；[〇〇88]顯示終端4接收各航天器仿真單元發來的所有仿真數據，包括遙測數據、前端設備采集數據和工作狀態，提供用戶良好的人機界面，可采用文本、曲線、圖形等多種方式顯示數據，并提供用戶豐富的數據查詢和分析手段，使仿真人員可以快速、全面掌握仿真過程， 實現仿真數據的充分利用。
[0089]地面數據庫終端5全程記錄采集的仿真信息便于事后的查詢、檢索，并在應用層提供網頁瀏覽服務，可以對仿真數據、仿真狀態、仿真指令等進行查詢，復現仿真過程。[〇〇9〇]總控終端6具有單條指令或指令序列的發送功能，對仿真過程實行集中控制，但不具備對遙測數據進行自動判讀功能。
【主權項】
1.一種多航天器空間立體信息組網仿真系統，它包括多個航天器仿真單元、地面控制 計算機(3)、顯示終端(4)、地面數據庫終端(5)、總控終端(6)、2號通信模塊(10)和3號雙目 攝像系統(11)，所述的地面控制計算機(3)的顯示信號輸出端與顯示終端(4)的顯示信號輸 入端連接，地面控制計算機(3)的數據信號輸入/輸出端與地面數據庫終端(5)的數據信號 輸入/輸出端連接，地面控制計算機(3)的指令信號輸入/輸出端與2號通信模塊(10)的指令 信號輸入/輸出端連接，地面控制計算機(3)的控制信號輸入/輸出端與總控終端(6)的控制 信號輸入/輸出端連接，地面控制計算機(3)的圖像信號輸入/輸出端與3號雙目攝像系統 (11)的圖像信號輸入/輸出端連接，其特征在于，每個航天器仿真單元包括四軸飛行器(1)、差分驅動移動機器人(2)、兩個 1號通信模塊(7)、1號雙目攝像系統(8-1)、2號雙目攝像系統(8-2)、兩個仿真計算機(9); 各個差分驅動移動機器人(2)用于完成在二維空間平動和垂直于地面的單軸轉動，各個四軸飛行器(1)用于完成在仿真空間內，進行六自由度的運動，其中，一個仿真計算機(9)、一個1號通信模塊(7)和1號雙目攝像系統(8-1)均固定在四 軸飛行器(1)上，且所述的一個仿真計算機(9)的控制信號輸入/輸出端與四軸飛行器(1)的 控制信號輸入/輸出端連接，一個仿真計算機(9)的數據信號輸入/輸出端與一個1號通信模 塊(7)的數據信號輸入/輸出端連接，一個仿真計算機(9)的控制信號輸出端與1號雙目攝像 系統(8-1)的控制信號輸入端連接，一個仿真計算機(9)的圖像信號輸入端與1號雙目攝像 系統(8-1)的圖像信號輸出端連接，1號雙目攝像系統(8-1)用于采集四軸飛行器(1)周圍的圖像信息；另一個仿真計算機(9)、另一個1號通信模塊(7)和2號雙目攝像系統(8-2)均固定在差 分驅動移動機器人(2)上，且所述的另一個仿真計算機(9)的控制信號輸入/輸出端與差分 驅動移動機器人(2)的控制信號輸入/輸出端連接，另一個仿真計算機(9)的數據信號輸入/ 輸出端與另一個1號通信模塊(7)的數據信號輸入/輸出端連接，另一個仿真計算機(9)的控 制信號輸出端與2號雙目攝像系統(8-2)的控制信號輸入端連接，另一個仿真計算機(9)的 圖像信號輸入端與2號雙目攝像系統(8-2)的圖像信號輸出端連接，2號雙目攝像系統(8-2)用于采集差分驅動移動機器人(2)周圍的圖像信息；多個航天器仿真單元之間、四軸飛行器(1)與差分驅動移動機器人(2)、多個航天器仿 真單元與地面控制計算機(3)之間均通過無線通信的方式進行信息交互。2.根據權利要求1所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統，其特征在于，所述 的1號通信模塊(7)包括兩個天線旋轉器(7-l)、WIFI通信模塊(7-2)、ZIGBEE通信模塊(7-3)、l號移相網絡模塊(7-4)、2號移相網絡模塊(7-5)、l號天線陣列(7-6)和2號天線陣列(7-7)；WIFI通信模塊(7-2)、1號移相網絡模塊(7-4)和1號天線陣列(7-6)固定在一個天線旋 轉器(7-1)上，WIFI通信模塊(7-2)的第一數據信號輸入/輸出端與1號移相網絡模塊(7-4) 的第一數據信號輸入/輸出端連接，1號移相網絡模塊(7-4)的第二數據信號輸入/輸出端與 1號天線陣列(7-6)的數據信號輸入/輸出端連接；ZIGBEE通信模塊(7-3)、2號移相網絡模塊(7-5)和2號天線陣列(7-7)固定在另一個天 線旋轉器(7-1)上，ZIGBEE通信模塊(7-3)的第一數據信號輸入/輸出端與2號移相網絡模塊 (7-5)的第一數據信號輸入/輸出端連接，2號移相網絡模塊(7-5)的第二數據信號輸入/輸出端與2號天線陣列(7-7)的數據信號輸入/輸出端連接；兩個天線旋轉器(7-1)的數據信號輸入/輸出端、WIFI通信模塊(7-2)的第二數據信號 輸入/輸出端、ZIGBEE通信模塊(7-3)的第二數據信號輸入/輸出端和仿真計算機(9)的數據 信號輸入/輸出端同時連接。3.根據權利要求2所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統，其特征在于，所述 的1號通信模塊(7)和2號通信模塊(10)的結構完全相同。4.根據權利要求1或2所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統，其特征在于， 所述的1號雙目攝像系統(8-1)包括6個雙目攝像頭(8-1-1)和一個視覺處理計算機(8-1-2)；所述的6個雙目攝像頭(8-1-1)均固定在四軸飛行器(1)上，且其中一個雙目攝像頭(8-1-1)固定在四軸飛行器(1)頂部，另一個雙目攝像頭(8-1-1)固定在四軸飛行器(1)底部，剩 余的4個雙目攝像頭(8-1-1)分別固定在四軸飛行器(1)的前、后、左、右，6個雙目攝像頭(8-1-1)的數據信號輸入/輸出端與視覺處理計算機(8-1-2)的數據信 號輸入/輸出端連接，視覺處理計算機(8-1-2)的圖像信號輸出端與一個仿真計算機(9)的 圖像信號輸入端連接，視覺處理計算機(8-1-2)的控制信號輸入端與一個仿真計算機(9)的 控制信號輸出端連接；視覺處理計算機(8-1-2)的圖像信號輸出端作為1號雙目攝像系統(8-1)的圖像信號輸 出立而；視覺處理計算機(8-1-2)的控制信號輸入端作為1號雙目攝像系統(8-1)的控制信號輸入端。5.根據權利要求1或2所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統，其特征在于， 所述的2號雙目攝像系統(8-2)包括5個雙目攝像頭(8-1-1)和一個視覺處理計算機(8-1-2)；所述的5個雙目攝像頭(8-1-1)均固定在差分驅動移動機器人(2)上，且其中一個雙目 攝像頭(8-1-1)固定在差分驅動移動機器人(2)頂部，剩余的4個雙目攝像頭(8-1-1)分別固 定在差分驅動移動機器人(2)的前、后、左、右，5個雙目攝像頭(8-1-1)的數據信號輸入/輸出端與視覺處理計算機(8-1-2)的數據信 號輸入/輸出端連接，視覺處理計算機(8-1-2)的圖像信號輸出端與另一個仿真計算機(9) 的圖像信號輸入端連接，視覺處理計算機(8-1-2)的控制信號輸入端與另一個仿真計算機 (9)的控制信號輸出端連接；視覺處理計算機(8-1-2)的圖像信號輸出端作為2號雙目攝像系統(8-2)的圖像信號輸 出立而；視覺處理計算機(8-1-2)的控制信號輸入端作為2號雙目攝像系統(8-2)的控制信號輸入端。6.根據權利要求5所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統，其特征在于，所述 的2號雙目攝像系統(8-2)和1號雙目攝像系統(8-1)的結構完全相同。7.根據權利要求2所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統，其特征在于，所述 的WIFI通信模塊(7-2)和ZIGBEE通信模塊(7-3)均具有發射功率可配置，信道碼速率可配置 的功能。8.采用權利要求1所述的一種多航天器空間立體信息組網仿真系統實現的仿真方法， 其特征在于，該方法的具體過程為:步驟一、對多航天器空間立體信息組網仿真系統的通信功能進行測試，測試項包括對 天線數據發射功率、天線數據傳輸速率、天線波束角及天線旋轉器(7-1)的標定，保證各個 四軸飛行器(1)、差分驅動移動機器人(2)及地面控制計算機(3)之間的通信鏈路正常工作； 步驟二、對每一個航天器仿真單元以不同顏色進行噴漆并編號，對多航天器空間立體 信息組網仿真系統的雙目視覺定位功能、定姿功能進行測試，確實各視覺設備正常工作;通 過各航天器仿真單元中的視覺系統，對其各自航天器仿真單元中的四軸飛行器(1)和差分 驅動移動機器人(2)進行初始位置，以及初始姿態的標定；步驟三、依據任務需求，由地面控制計算機(3)通過2號通信模塊(10)將控制指令分發 到各航天器仿真單元中，使四軸飛行器(1)處于飛行狀態；步驟四、由地面控制計算機(3)發出控制指令，使各四軸飛行器(1)、差分驅動移動機器 人(2)處于工作狀態，并且按照要求進行相互之間的通信，以實現各航天器仿真單元間信息 組網；步驟五、地面控制計算機(3)接收，并記錄各航天器仿真單元發來的所有仿真數據和工 作狀態，并根據仿真數據進行仿真控制的修改，顯示終端(4)實時的顯示各航天器仿真單元 的發射功率、接收信號強度、誤碼率、鏈路通斷情況、位置和姿態信息。
【文檔編號】G05B17/02GK106094563SQ201610389337
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610389337.5, CN 106094563 A, CN 106094563A, CN 201610389337, CN-A-106094563, CN106094563 A, CN106094563A, CN201610389337, CN201610389337.5
【發明人】張錦繡, 俞陽, 陳慶, 曹喜濱, 邱實, 吳凡, 張天赫
【申請人】哈爾濱工業大學