一种航天器交会对接仿真方法及系统与流程

技术特征：
1.一种航天器交会对接仿真方法，其特征在于,所述方法包括如下步骤：步骤s1：建立地月日空间场景模型；步骤s2：建立远场近场相机模型；步骤s3：建立姿轨动力学模型；步骤s4：建立交会对接碰撞动力学模型；步骤s5：根据地月日空间场景模型、远场近场相机模型、姿轨动力学模型和交会对接碰撞动力学模型构建交会对接仿真系统。2.根据权利要求1所述的航天器交会对接仿真方法，其特征在于：在步骤s1中，建立地月日空间场景模型包括如下步骤：步骤s11：根据数学仿真系统时间，将时间转换到基准历元时间起算的儒略时；步骤s12：以步骤s11中儒略时为参数根，以de404星历表中天体基本数据为参数，根据天体计算模型进行岁差改正、自行改正、章动改正和光行差改正，得到天体在第二赤道坐标系下的赤经和赤纬，将赤经和赤纬经空间转换成相对于地球所在空间直角坐标系中的视位置即天体三维坐标；步骤s13：用步骤s12中天体三维坐标驱动以地球为中心的场景目标运动，采用高清星球表面照片对星球进行贴图渲染处理得到地月日空间场景模型。3.根据权利要求1所述的航天器交会对接仿真方法，其特征在于：在步骤s2中，建立远场近场相机模型包括如下步骤：基于opengl虚拟相机来模拟航天器上的远场和近场相机传感器，生成空间交会目标的天基观测图像，从而作为交会对接控制器的输入；利用截锥体来确定虚拟相机的观测视场，并采用平头椎体来模拟真实光学系统中的透视投影，通过坐标转换，将空间目标的三维模型从对象坐标系中转换到窗口坐标系，从而得到了模型的空间位置与图像像素位置之间的映射关系。4.根据权利要求1所述的航天器交会对接仿真方法，其特征在于：在步骤s4中，建立交会对接碰撞动力学模型包括如下步骤：步骤s41：将预设交会对接航天器的对接机构的机械设计三维cad模型进行简化得到不同粒度的机构表面片元模型；步骤s42：对步骤s41的机构表面片元模型进行碰撞检测，从而得到捕获机构和被捕获机构两个复杂机械结构的碰撞点位置及嵌入深度量；步骤s43：采用建立在弹性理论基础上的赫兹接触力模型，根据步骤s42中的碰撞点位置及嵌入深度量，施加一个和嵌入深度量成函数关系的抵抗力作用在碰撞点位置上，同时根据作用力和反作用力原理，也在另外一侧的面上施加一个大小相等方向相反的力；步骤s44：根据库伦摩擦计算接触摩擦力。5.根据权利要求4所述的航天器交会对接仿真方法，其特征在于：在步骤s41中，简化原则为不影响两体的质量惯量及碰撞特性。6.根据权利要求4所述的航天器交会对接仿真方法，其特征在于：在步骤s41中，对对接机构的表面进行三角片元化，根据预设仿真精度要求得到不同粒度的机构表面片元模型。7.根据权利要求4所述的航天器交会对接仿真方法，其特征在于：在步骤s42中，对步骤s41的机构表面片元模型采用沿坐标轴的包围盒aabb算法对捕获机构和被捕获机构进行碰
撞检测。8.根据权利要求4所述的航天器交会对接仿真方法，其特征在于：在步骤s43中，在赫兹接触力模型中，将接触过程中存在的能量消耗视为材料阻尼引起，则碰撞力f
c
为：其中，k
c
为接触碰撞刚度系数，c
c
为接触碰撞阻尼系数，δ为嵌入深度量，为侵入速度，n为碰撞法向方向。9.根据权利要求4所述的航天器交会对接仿真方法，其特征在于：在步骤s44中，接触摩擦力f
t
为：f
t
＝μ(|v
t
|)f
c
；其中，μ为摩擦系数，v
t
为切向相对速度，f
c
为碰撞力的值。10.一种航天器交会对接仿真系统，其特征在于包括：第一模块，用于建立地月日空间场景模型；第二模块，用于建立远场近场相机模型；第三模块，用于建立姿轨动力学模型；第四模块，用于建立交会对接碰撞动力学模型；第五模块，用于根据地月日空间场景模型、远场近场相机模型、姿轨动力学模型和交会对接碰撞动力学模型构建交会对接仿真系统。

技术总结
本发明公开了一种航天器交会对接仿真方法及系统，其中，该方法包括如下步骤：步骤S1：建立地月日空间场景模型；步骤S2：建立远场近场相机模型；步骤S3：建立姿轨动力学模型；步骤S4：建立交会对接碰撞动力学模型；步骤S5：根据地月日空间场景模型、远场近场相机模型、姿轨动力学模型和交会对接碰撞动力学模型构建交会对接仿真系统。本发明能够实现航天器弱碰撞交会对接仿真，为航天器交会对接设计提供参考。考。考。


技术研发人员：袁利 刘昊 汤亮 贾永 牟小刚
受保护的技术使用者：北京控制工程研究所
技术研发日：2021.07.22
技术公布日：2021/11/8