用于深空撞击的自主导航飞行控制系统技术方案

本发明专利技术属于深空探测技术领域，旨在解决当前空间探测器自主性差、集成度低、体积和重量过大的问题，具体涉及一种用于深空撞击的自主导航飞行控制系统，包括可分离设置的第一承载装置和第二承载装置，第一承载装置内部设置有彼此通信连接的飞控与信息处理模块、空间导航相机模块、惯性测量模块、能源模块、姿轨控执行模块和无线通信模块；飞控与信息处理模块基于空间导航相机模块采集的图像信息、惯性测量模块检测的惯性敏感信息，可控制姿轨控执行模块完成预设飞行任务；第二承载装置在动力装置的驱动沿自身轴线旋转，第一承载装置可相对于第二承载装置轴心进行旋转分离。通过本发明专利技术可实现空间探测飞行器轻量化、小型化、集成化的自主飞行控制。

【技术实现步骤摘要】
用于深空撞击的自主导航飞行控制系统
本专利技术属于深空探测
，具体涉及一种用于深空撞击的自主导航飞行控制系统。
技术介绍
深空撞击探测技术具有极强的科学探索性和技术创新性，对于国家在深空领域的发展具有重要的战略意义。对于深空目标进行撞击探测，可以获取目标天体的内部组分、地质构造、辐射特性等信息，为研究生命起源和宇宙演化提供丰富资料，为着陆探测器的安全着陆提供先验保障和支撑。目前国内尚无成熟用于深空撞击探测的飞行控制系统，传统的深空探测空间飞行器控制系统功能性能单一，不同时具备星敏定姿、光学导引和自主导航功能，需要依靠地面测控站或者环绕器控制来实现导航制导和飞行控制。同时，为了满足深空探测的需求，敏感量测量、姿态控制、轨道控制、无线通讯、供电等功能往往采用分立的电子设备来实现，集成度较低，设备间互联电缆冗杂笨重，系统体积和重量均过于庞大，严重制约了深空撞击探测系统的性能。因此，需要实现一种完全自主导航制导、功能高度集成的灵巧型飞行控制系统。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决当前空间探测飞行器自主性差、集成度低、体积和重量过大的问题，本专利技术提供了一种用于深空撞击的自主导航飞行控制系统，包括第一承载装置和第二承载装置，所述第一承载装置设置于所述第二承载装置外侧并与所述第二承载装置通过第一分离装置连接；所述第一承载装置内部设置有飞控与信息处理模块、空间导航相机模块、惯性测量模块、能源模块、姿轨控执行模块和无线通信模块，所述空间导航相机模块、所述惯性测量模块、所述能源模块、所述姿轨控执行模块和所述无线通信模块均与所述飞控与信息处理模块通信连接；所述飞控与信息处理模块配置为基于所述空间导航相机模块采集的图像信息、所述惯性测量模块检测的惯性敏感信息，获取系统飞行的时序、姿态和轨道控制指令，并发送至所述姿轨控执行模块；所述姿轨控执行模块配置为基于接收的控制指令进行姿态控制及轨道推进控制，以完成预设飞行任务；所述无线通信模块配置为基于所述飞控与信息处理模块的控制指令发送存储的飞行过程数据和探测信息至环绕器或者地面；所述能源模块配置为提供整个系统工作所需能源。所述第二承载装置的外侧设置有动力模块，所述第二承载装置在所述动力装置的驱动下可沿自身轴线旋转；所述动力模块与所述飞控与信息处理模块通信连接，所述飞控与信息处理模块基于预设高度启动所述动力装置，同时在所述第二承载装置旋转时启动所述第一分离装置以实现所述第一承载装置相对于所述第二承载装置轴心的旋转分离在一些优选实施例中，所述无线通信模块包括第一数据无线传输模块和第二数据无线传输模块，所述第一数据无线传输模块设置于所述第一承载装置内部，用于存储探测器飞行中检测到的数据；所述第二数据无线传输模块设置于所述第一承载装置外侧，并与所述第一数据无线传输模块通信连接，用于实时备份所述第一数据无线传输模块中存储的数据，同时可进行数据的传输。在一些优选实施例中，设置于所述第一承载装置内部的所述飞控与信息处理模块、所述空间导航相机模块、所述惯性测量模块、所述能源模块、所述姿轨控执行模块、所述无线通信模块彼此之间独立设置，且每个对应模块外侧均设置有第一缓冲结构以进行缓冲保护和限位固定。所述第一缓冲结构包括第一缓冲部和第二缓冲部，所述第一缓冲部与对应模块的接触面具有若干第一接触面折痕，所述第一缓冲部背离对应模块的一面为第一缓冲面；所述第二缓冲部与对应模块的接触面具有若干第二接触面折痕，所述第二缓冲部背离对应模块的一面为第二缓冲面；所述第一接触面折痕与所述第二接触面折痕具有若干褶皱；所述第一缓冲面与所述第二缓冲面在所述第一缓冲结构的径向上依次设置；相邻所述第一缓冲面与所述第二缓冲面在所述第一缓冲结构的周向间距呈小到大交替排列。在一些优选实施例中，所述第一承载装置包括至少两层壳体，相邻壳体之间通过所述第一缓冲结构和弹性结构连接；所述第一缓冲结构、所述弹性结构依次设置于从内到外的多层壳体之间。所述弹性结构包括多个弹性元件，多个弹性元件阵列设置于对应壳体的外侧。在一些优选实施例中，所述弹性元件为高强度弹簧。在一些优选实施例中，所述第二数据无线传输模块包括多个第二天线装置，多个所述第二天线装置阵列设置于所述第一承载装置的轴线周侧，以形成全向天线阵列。多个所述第二天线装置通过多个第二分离装置设置，多个所述第二分离装置均与所述飞控与信息处理模块信号连接，多个所述第二天线装置可在所述飞控与信息处理模块的控制下依次脱离所述第一承载装置。在一些优选实施例中，所述第二数据无线传输模块为球状结构。所述第二天线装置为球状结构。在一些优选实施例中，所述第一承载装置的内部还设置有过载检测传感器，所述过载检测传感器的周侧设置有所述第一缓冲结构以保护所述过载检测传感器；所述过载检测传感器配置为检测所述第一承载装置脱离所述第二承载装置之后的所受到的外部撞击荷载信息。所述第一承载装置的内部还设置有行走装置，所述行走装置与所述飞控与信息处理模块通信连接；所述飞控与信息处理模块可基于接收到的所述过载检测传感器传输的过载信号控制所述行走装置弹出至所述第一承载装置外部以执行行走任务。在一些优选实施例中，所述第一承载装置为椭圆状结构。所述第二承载装置为子弹状结构。在一些优选实施例中，所述飞控与信息处理模块包括主处理器、从处理器和协处理器，所述主处理器、所述从处理器和所述协处理器之间通信连接。所述协处理器配置为基于所述空间导航相机模块采集的图像信息，进行滤波、降维和星点提取的图像预处理，以获取预处理图像信息。所述从处理器配置为基于所述预处理图像信息进行星敏定姿、光学末制导测量以及区域探测测量的图像处理运算，获取飞行控制系统的姿态参数、轨道参数和目标参数，并将处理结果送入主处理器。所述主处理器基于所述处理结果进行系统的自主导航计算和飞行控制。本专利技术的有益效果为：1）本专利技术中的系统设计功能完备，具有自主光学导引和导航功能，并提高了系统集成度，极大减轻了系统的体积和重量。2）通过本专利技术可实现星际着陆探测、天地撞击探测和采样返回任务，具有高度自主导航制导控制。3）通过本专利技术提供的可分离式第一承载装置和第二承载装置，可对目标天体进行实地考察，以便了解太阳系的起源、演化及生命的起源;更好地了解地外天体对地球和其它行星的影响；通过在存活、可行走的第一承载装置可在天体表面自主寻迹，探寻资源和能源，完成实地科学考察。4）通过本专利技术，可满足未来对深空不同类型天体高速撞击穿透探测的需求，可实现天体高速精确撞击与撞击后的生存，本专利技术可实现轻量化集成、高效缓冲减振、精确导引与控制等；通过采取小型化、集成化的设计思路，满足深空探测任务需求，在体积、重量、撞击精度、撞击深度、撞击过载、存活时间等资源严格受限和恶劣环境的约束下满足任务要求。5）本专利技术采用柔性化、模块化设计，既能满足撞击探测的通用需求，又能通过模块化组合实现对于不同撞击任务的个性需求，具备任务姿态轨道自主规划、飞行过程自主本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于深空撞击的自主导航飞行控制系统，其特征在于，该系统包括第一承载装置和第二承载装置，所述第一承载装置设置于所述第二承载装置外侧并与所述第二承载装置通过第一分离装置连接；所述第一承载装置内部设置有飞控与信息处理模块、空间导航相机模块、惯性测量模块、能源模块、姿轨控执行模块和无线通信模块，所述空间导航相机模块、所述惯性测量模块、所述能源模块、所述姿轨控执行模块和所述无线通信模块均与所述飞控与信息处理模块通信连接；所述飞控与信息处理模块配置为基于所述空间导航相机模块采集的图像信息、所述惯性测量模块检测的惯性敏感信息，获取系统飞行的时序、姿态和轨道控制指令，并发送至所述姿轨控执行模块；所述姿轨控执行模块配置为基于接收的控制指令进行姿态控制及轨道推进控制，以完成预设飞行任务；所述无线通信模块配置为基于所述飞控与信息处理模块的控制指令发送存储的飞行过程数据和探测信息至环绕器或者地面；所述能源模块配置为提供整个系统工作所需能源；所述第二承载装置的外侧设置有动力模块，所述第二承载装置在所述动力模块的驱动下可沿自身轴线旋转；所述动力模块与所述飞控与信息处理模块通信连接，所述飞控与信息处理模块基于预设高度启动所述动力装置，同时在所述第二承载装置旋转时启动所述第一分离装置以实现所述第一承载装置相对于所述第二承载装置轴心的旋转分离。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于深空撞击的自主导航飞行控制系统，其特征在于，该系统包括第一承载装置和第二承载装置，所述第一承载装置设置于所述第二承载装置外侧并与所述第二承载装置通过第一分离装置连接；所述第一承载装置内部设置有飞控与信息处理模块、空间导航相机模块、惯性测量模块、能源模块、姿轨控执行模块和无线通信模块，所述空间导航相机模块、所述惯性测量模块、所述能源模块、所述姿轨控执行模块和所述无线通信模块均与所述飞控与信息处理模块通信连接；所述飞控与信息处理模块配置为基于所述空间导航相机模块采集的图像信息、所述惯性测量模块检测的惯性敏感信息，获取系统飞行的时序、姿态和轨道控制指令，并发送至所述姿轨控执行模块；所述姿轨控执行模块配置为基于接收的控制指令进行姿态控制及轨道推进控制，以完成预设飞行任务；所述无线通信模块配置为基于所述飞控与信息处理模块的控制指令发送存储的飞行过程数据和探测信息至环绕器或者地面；所述能源模块配置为提供整个系统工作所需能源；所述第二承载装置的外侧设置有动力模块，所述第二承载装置在所述动力模块的驱动下可沿自身轴线旋转；所述动力模块与所述飞控与信息处理模块通信连接，所述飞控与信息处理模块基于预设高度启动所述动力装置，同时在所述第二承载装置旋转时启动所述第一分离装置以实现所述第一承载装置相对于所述第二承载装置轴心的旋转分离。


2.根据权利要求1所述的用于深空撞击的自主导航飞行控制系统，其特征在于，所述无线通信模块包括第一数据无线传输模块和第二数据无线传输模块，所述第一数据无线传输模块设置于所述第一承载装置内部，用于存储探测器飞行中检测到的数据；所述第二数据无线传输模块设置于所述第一承载装置外侧，并与所述第一数据无线传输模块通信连接，用于实时备份所述第一数据无线传输模块中存储的数据，同时可进行数据的传输。


3.根据权利要求2所述的用于深空撞击的自主导航飞行控制系统，其特征在于，设置于所述第一承载装置内部的所述飞控与信息处理模块、所述空间导航相机模块、所述惯性测量模块、所述能源模块、所述姿轨控执行模块、所述无线通信模块彼此之间独立设置，且每个对应模块外侧均设置有第一缓冲结构以进行缓冲保护和限位固定；所述第一缓冲结构包括第一缓冲部和第二缓冲部，所述第一缓冲部与对应模块的接触面具有若干第一接触面折痕，所述第一缓冲部背离对应模块的一面为第一缓冲面；所述第二缓冲部与对应模块的接触面具有若干第二接触面折痕，所述第二缓冲部背离对应模块的一面为第二缓冲面；所述第一接触面折痕与所述第二接触面折痕具有若干褶皱；所述第一缓冲面与所述第二缓冲面在所述第一缓冲结构的径向上依次设置；相邻所述第一缓冲面与所述第二缓冲面在所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟光，李伟楠，刘辉，李龙华，王云财，王祗文，陈昭会，董炀，李敬一，杨昀臻，韩柠，张松涛，
申请(专利权)人：北京控制与电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11