本技術(shù)涉及地面仿真測試，特別是涉及一種空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)通過提取測量圖像中的空間目標(biāo)特征信息，進一步解算空間目標(biāo)相對位姿等導(dǎo)航參數(shù)，實現(xiàn)空間目標(biāo)導(dǎo)航。

2、在空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的研制和在軌工作階段，需要借助地面仿真測試方法對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的探測能力、算法解算準(zhǔn)確性、導(dǎo)航測量穩(wěn)定性進行全面測試驗證，保證在軌任務(wù)的順利執(zhí)行。目前，主要的地面仿真測試方法包括實物仿真試驗方法和數(shù)字仿真試驗方法。實物仿真試驗方法需要在實驗室中構(gòu)建等比空間目標(biāo)實物模型，配備實物光照、運動等空間環(huán)境模擬系統(tǒng)，仿真試驗效果與實際在軌情況基本一致，但受場地、成本等條件限制較大，通常只能用于典型關(guān)鍵任務(wù)試驗測試。數(shù)字仿真試驗方法通過數(shù)字場景設(shè)計建模，對空間目標(biāo)成像與導(dǎo)航信息解算過程進行數(shù)字化模擬，具有試驗成本低、能夠覆蓋全場景任務(wù)工況等優(yōu)勢，但數(shù)字仿真試驗效果與實物仿真試驗效果相比還存在較大差距，無法完全反應(yīng)空間復(fù)雜環(huán)境對空間目標(biāo)圖像紋理和位姿解算精度的影響。

3、基于此，亟需一種能夠更好的對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進行地面仿真測試的系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)，能夠更好的對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進行地面仿真測試。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)，所述空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)包括：實物仿真試驗子系統(tǒng)和數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)，所述實物仿真試驗子系統(tǒng)用于對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進行實物仿真，所述數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)為所述實物仿真試驗子系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，所述數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)用于對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進行數(shù)字仿真；

4、所述實物仿真試驗子系統(tǒng)包括空間場景實物模擬模塊、實物光學(xué)成像模塊和實物信息處理模塊；所述空間場景實物模擬模塊用于通過實物模型對真實空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性、在軌光照狀態(tài)和相對運動狀態(tài)進行模擬；所述實物光學(xué)成像模塊用于通過實物模型對空間目標(biāo)進行成像，得到空間目標(biāo)實物仿真圖像，以對真實光學(xué)成像模塊的成像過程進行模擬；所述實物信息處理模塊用于通過實物模型對所述空間目標(biāo)實物仿真圖像進行處理，得到空間目標(biāo)相對位姿，以對真實信息處理模塊的處理過程進行模擬；

5、所述數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)包括空間場景數(shù)字模擬模塊、數(shù)字光學(xué)成像模塊和數(shù)字信息處理模塊；所述空間場景數(shù)字模擬模塊用于通過數(shù)字模型對真實空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性、在軌光照狀態(tài)和相對運動狀態(tài)進行模擬；所述數(shù)字光學(xué)成像模塊用于通過數(shù)字模型對空間目標(biāo)進行成像，得到空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像，以對真實光學(xué)成像模塊的成像過程進行模擬；所述數(shù)字信息處理模塊用于通過數(shù)字模型對所述空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像進行處理，得到空間目標(biāo)相對位姿，以對真實信息處理模塊的處理過程進行模擬。

6、可選地，所述空間場景實物模擬模塊包括空間目標(biāo)模型、太陽模擬器和空間相對運動模擬機械臂；

7、所述空間目標(biāo)模型的幾何結(jié)構(gòu)和表面材料與真實空間目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)和表面材料完全相同，以對真實空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性進行模擬；

8、所述太陽模擬器采用與大氣層外太陽光譜特性相同的平行光源，且位置能夠調(diào)節(jié)，以對真實空間目標(biāo)的在軌光照狀態(tài)進行模擬；

9、所述空間目標(biāo)模型和所述實物光學(xué)成像模塊均安裝在所述空間相對運動模擬機械臂上；所述空間相對運動模擬機械臂用于調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型相對于所述實物光學(xué)成像模塊的相對位姿，以對真實空間目標(biāo)的相對運動狀態(tài)進行模擬。

10、可選地，所述空間相對運動模擬機械臂包括目標(biāo)運動模擬六自由度機械臂和測量系統(tǒng)運動模擬六自由度機械臂，所述空間目標(biāo)模型安裝在所述目標(biāo)運動模擬六自由度機械臂上，所述實物光學(xué)成像模塊安裝在所述測量系統(tǒng)運動模擬六自由度機械臂上，所述目標(biāo)運動模擬六自由度機械臂用于調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型的位姿，所述測量系統(tǒng)運動模擬六自由度機械臂用于調(diào)節(jié)所述實物光學(xué)成像模塊的位姿，來調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型相對于所述實物光學(xué)成像模塊的相對位姿，以對真實空間目標(biāo)的相對運動狀態(tài)進行模擬。

11、可選地，所述空間場景實物模擬模塊還包括逼近運動模擬導(dǎo)軌，所述目標(biāo)運動模擬六自由度機械臂和所述測量系統(tǒng)運動模擬六自由度機械臂均安裝在所述逼近運動模擬導(dǎo)軌上；所述逼近運動模擬導(dǎo)軌用于調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型和所述實物光學(xué)成像模塊之間的相對距離，來調(diào)節(jié)所述空間目標(biāo)模型相對于所述實物光學(xué)成像模塊的相對位姿，以對真實空間目標(biāo)的相對運動狀態(tài)進行模擬。

12、可選地，所述實物光學(xué)成像模塊包括若干個光學(xué)相機；所述實物信息處理模塊包括數(shù)據(jù)解算信息處理箱，所述數(shù)據(jù)解算信息處理箱內(nèi)具有基于所述空間目標(biāo)實物仿真圖像進行空間目標(biāo)相對位姿信息解算的算法。

13、可選地，所述空間場景數(shù)字模擬模塊包括空間目標(biāo)相對運動數(shù)字模型、空間目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)數(shù)字模型、空間目標(biāo)光學(xué)特性數(shù)字模型和空間太陽光照數(shù)字模型；

14、所述空間目標(biāo)相對運動數(shù)字模型用于基于軌道動力學(xué)模型實時仿真計算得到真實空間目標(biāo)、真實光學(xué)成像模塊和真實太陽的仿真位姿，以對真實空間目標(biāo)的相對運動狀態(tài)進行模擬；

15、所述空間目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)數(shù)字模型包括基于真實空間目標(biāo)的仿真位姿，對空間目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)模型的表面進行網(wǎng)格劃分所得到的每一個三角面元的位置和表面材料；所述位置包括三角面元的每一個頂點的三維坐標(biāo)和三角面元的法向量的三維坐標(biāo)；

16、所述空間目標(biāo)光學(xué)特性數(shù)字模型用于對于每一種表面材料，對所述表面材料進行反射系數(shù)測量和雙向反射分布函數(shù)參數(shù)化擬合，得到所述表面材料的光學(xué)特性模型參數(shù)，以對真實空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性進行模擬；

17、所述空間太陽光照數(shù)字模型用于將真實太陽視作溫度為5900k的等效黑體，通過普朗克公式計算真實太陽在可見光譜段的光源輻射亮度，并基于真實空間目標(biāo)的仿真位姿和真實太陽的仿真位姿確定太陽光線的方向向量，以對真實空間目標(biāo)的在軌光照狀態(tài)進行模擬。

18、可選地，所述數(shù)字光學(xué)成像模塊用于生成每一個像素的跟蹤光線的方向向量，基于真實空間目標(biāo)的仿真位姿、真實光學(xué)成像模塊的仿真位姿和所述空間目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)數(shù)字模型，確定與每一個像素的跟蹤光線相交的三角面元，基于與每一個像素的跟蹤光線相交的三角面元的表面材料、所述空間目標(biāo)光學(xué)特性數(shù)字模型和所述空間太陽光照數(shù)字模型確定每一個像素的輻射亮度，得到輻射亮度圖像，對所述輻射亮度圖像進行畸變仿真處理和輻射量化仿真處理，得到空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像。

19、可選地，所述數(shù)字信息處理模塊采用基于所述空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像進行空間目標(biāo)相對位姿信息解算的算法；其中，基于所述空間目標(biāo)數(shù)字仿真圖像進行空間目標(biāo)相對位姿信息解算的算法和基于所述空間目標(biāo)實物仿真圖像進行空間目標(biāo)相對位姿信息解算的算法相同。

20、可選地，所述實物光學(xué)成像模塊的物理通信接口和通信協(xié)議與所述數(shù)字光學(xué)成像模塊的物理通信接口和通信協(xié)議相同，所述實物信息處理模塊的物理通信接口和通信協(xié)議與所述數(shù)字信息處理模塊的物理通信接口和通信協(xié)議相同。

21、可選地，所述空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)的工作模式包括：全實物仿真試驗、數(shù)字成像實物處理仿真試驗、實物成像數(shù)字處理仿真試驗和全數(shù)字仿真試驗；

22、在進行全實物仿真試驗時，所述空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)包括依次連接的空間場景實物模擬模塊、實物光學(xué)成像模塊和實物信息處理模塊；

23、在進行數(shù)字成像實物處理仿真試驗時，所述空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)包括依次連接的空間場景數(shù)字模擬模塊、數(shù)字光學(xué)成像模塊和實物信息處理模塊；

24、在進行實物成像數(shù)字處理仿真試驗時，所述空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)包括依次連接的空間場景實物模擬模塊、實物光學(xué)成像模塊和數(shù)字信息處理模塊；

25、在進行全數(shù)字仿真試驗時，所述空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)包括依次連接的空間場景數(shù)字模擬模塊、數(shù)字光學(xué)成像模塊和數(shù)字信息處理模塊。

26、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實施例，本技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：

27、本技術(shù)提供了一種空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字孿生仿真試驗系統(tǒng)，包括：實物仿真試驗子系統(tǒng)和數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)，實物仿真試驗子系統(tǒng)包括空間場景實物模擬模塊、實物光學(xué)成像模塊和實物信息處理模塊，數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)包括空間場景數(shù)字模擬模塊、數(shù)字光學(xué)成像模塊和數(shù)字信息處理模塊，空間場景實物模擬模塊和空間場景數(shù)字模擬模塊用于對真實空間目標(biāo)的在軌光學(xué)特性、在軌光照狀態(tài)和相對運動狀態(tài)進行模擬，實物光學(xué)成像模塊和數(shù)字光學(xué)成像模塊用于對空間目標(biāo)進行成像，以對真實光學(xué)成像模塊的成像過程進行模擬，實物信息處理模塊和數(shù)字信息處理模塊用于解算得到空間目標(biāo)相對位姿，以對真實信息處理模塊的處理過程進行模擬，即實物仿真試驗子系統(tǒng)用于對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進行實物仿真，數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)為實物仿真試驗子系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)用于對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進行數(shù)字仿真。本技術(shù)通過實物仿真和數(shù)字仿真相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的地面仿真測試的真實性和覆蓋性的兼顧，通過數(shù)字孿生方式構(gòu)建的數(shù)字仿真試驗子系統(tǒng)實現(xiàn)了對實物仿真試驗子系統(tǒng)的虛實映射，與傳統(tǒng)實物仿真試驗方法相比，試驗場景覆蓋性更廣，與傳統(tǒng)數(shù)字仿真試驗方法相比，仿真真實度更高，從而能夠更好的對空間目標(biāo)視覺導(dǎo)航系統(tǒng)進行地面仿真測試。