空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星及其設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星技術(shù)領(lǐng)域和空間態(tài)勢(shì)感知技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間全景態(tài)式 感知衛(wèi)星及其設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 空間維護(hù)技術(shù)是目前航天技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。對(duì)目標(biāo)航天器的監(jiān)測(cè)是空間維護(hù) 技術(shù)的一項(xiàng)重要的支撐技術(shù)。目前在對(duì)目標(biāo)航天器進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，通常需要對(duì)目標(biāo)航天器進(jìn) 行繞飛、掠飛、伴飛等操作。執(zhí)行此類操作多采取依賴姿態(tài)控制和軌道控制同時(shí)進(jìn)行的方 式，使得觀測(cè)航天器在相對(duì)目標(biāo)航天器運(yùn)動(dòng)的同時(shí)保持其相機(jī)觀測(cè)的特征軸沿視線方向指 向目標(biāo)。該操作方式導(dǎo)致了觀測(cè)星的控制算法復(fù)雜，且觀測(cè)相機(jī)對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)控制系統(tǒng)的響 應(yīng)速度、響應(yīng)能力以及控制精度的要求更加苛刻。
[0003] 本發(fā)明公布的一類觀測(cè)衛(wèi)星能夠?qū)χ車臻g進(jìn)行全景態(tài)勢(shì)感知，監(jiān)測(cè)目標(biāo)航天器 時(shí)，適用于觀測(cè)星同目標(biāo)航天器之間任意的相對(duì)姿態(tài)，目標(biāo)航天器一直處于觀測(cè)衛(wèi)星的視 場(chǎng)中。所以在不需要特別考慮觀測(cè)姿態(tài)指向的情形下，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)星對(duì)目標(biāo)航天器 的監(jiān)測(cè)。這種方法在較大程度上降低了觀測(cè)相機(jī)對(duì)姿態(tài)控制系統(tǒng)的要求，簡(jiǎn)化了姿態(tài)控制 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
[0004] 該背景下，支撐本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)有兩個(gè):衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)、多相機(jī)成像全景合 成技術(shù)。衛(wèi)星平臺(tái)需要為觀測(cè)相機(jī)提供電力、熱防護(hù)等保障，同時(shí)需要同相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳 輸。多相機(jī)成像全景合成技術(shù)將相機(jī)的圖像拼接為整個(gè)空間的全景成像圖像。目前衛(wèi)星平 臺(tái)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法相對(duì)成熟，合理設(shè)計(jì)衛(wèi)星平臺(tái)能夠滿足相機(jī)的電力、熱控等需求。 圖像拼接的方法已經(jīng)成熟，但在多相機(jī)空間全景成像的拼接技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)外仍處于探索 階段。在民用領(lǐng)域，基于多相機(jī)的全景拼接相機(jī)已經(jīng)有產(chǎn)品上市，這些產(chǎn)品多數(shù)有圖像畸變 相對(duì)嚴(yán)重等不足。目前在空間態(tài)勢(shì)感知飛行器總體設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尚未發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似的設(shè) 計(jì)思想。同時(shí)該領(lǐng)域尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，拍攝清晰全面的全景態(tài)式感知衛(wèi)星。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星的設(shè)計(jì)方法，包 括以下步驟：
[0007] S1.0、提供衛(wèi)星平臺(tái)和相機(jī)；
[0008] S1. 1、定義衛(wèi)星布局坐標(biāo)系xyz、觀測(cè)特征坐標(biāo)系1。1^。1^。11、相機(jī)編號(hào)11、相機(jī)安裝坐 標(biāo)( Xn，yn，zn)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣Τ?，η為大于或等于1的整數(shù)；
[0009] S1.2、根據(jù)衛(wèi)星布局坐標(biāo)系xyz和相機(jī)安裝坐標(biāo)將相機(jī)安裝在衛(wèi)星平臺(tái)上；S1.3、 根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣T?確定相機(jī)的觀測(cè)特征軸;并調(diào)整相機(jī)的朝向。
[0010] 作為優(yōu)選的，衛(wèi)星布局坐標(biāo)系xyz和觀察特征坐標(biāo)系XcnycnZcn為右手坐標(biāo)系。
[0011] 作為優(yōu)選的，所有相機(jī)的觀測(cè)特征軸的法平面形成一個(gè)正十二面體。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星，通過上述其中一項(xiàng)的空間全景態(tài)式 感知衛(wèi)星的設(shè)計(jì)方法得到;包括所述衛(wèi)星平臺(tái)和相機(jī)；
[0013] 所述相機(jī)安裝在所述衛(wèi)星平臺(tái)的表面上。
[00M]作為優(yōu)選的，相機(jī)的觀測(cè)特征軸指向在空間均勾分布。
[0015] 作為優(yōu)選的，所有相機(jī)的觀測(cè)特征軸的法平面形成一個(gè)正十二面體。
[0016] 作為優(yōu)選的，相機(jī)的視場(chǎng)角為90°。
[0017]作為優(yōu)選的，衛(wèi)星平臺(tái)以邊長為1的正方體為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，相機(jī)安裝在衛(wèi)星平臺(tái)上下 表面的面心和棱上。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種航天器空間全景成像方法，采用上述任意一種空間全景態(tài)式 感知衛(wèi)星，包括以下步驟：
[0019] S2.1、在接收到監(jiān)測(cè)指令后，由外部控制系統(tǒng)控制空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星移動(dòng)至 待測(cè)航天器周邊，識(shí)別待測(cè)航天器；
[0020] S2.2、空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星按照外部控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的繞轉(zhuǎn)軌道繞待測(cè)航天器轉(zhuǎn) 動(dòng)，并記錄待測(cè)航天器周邊影像；
[0021] S2.3、完成監(jiān)測(cè)后，由外部控制系統(tǒng)控制空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星返回待命區(qū)域。
[0022] 作為優(yōu)選的，在步驟S2.1完成后，外部控制系統(tǒng)控制空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星打開 相機(jī);在步驟S2.2完成后，外部控制系統(tǒng)控制空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星關(guān)閉相機(jī)。
[0023] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星及其設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用方法，具有以 下優(yōu)點(diǎn)：
[0024] 1、能夠?qū)χ車臻g進(jìn)行全景態(tài)勢(shì)感知，避免了衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)航天器定向的需求。
[0025] 2、設(shè)計(jì)步驟簡(jiǎn)化，通過建立坐標(biāo)軸以及坐標(biāo)軸變換矩陣來確定相機(jī)和相機(jī)特征軸 的朝向，設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)便。
[0026] 3、相鄰兩個(gè)相機(jī)拍攝的重合范圍大，降低后續(xù)拼接的難度。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中十二個(gè)相機(jī)的觀測(cè)指向法平面在空間的分布構(gòu)成正十二 面體的示意圖，圖中僅給出了其中六個(gè)可見法平面的觀測(cè)軸；
[0028] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中星上全景態(tài)勢(shì)感知衛(wèi)星相機(jī)的安裝坐標(biāo)系與星箭安裝坐 標(biāo)系示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中3號(hào)相機(jī)與9號(hào)相機(jī)在觀測(cè)距離為501時(shí)兩相機(jī)視場(chǎng)重疊 情形不意圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中態(tài)勢(shì)感知衛(wèi)星在軌對(duì)目標(biāo)航天器進(jìn)行繞飛監(jiān)測(cè)的流程示 意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各實(shí) 施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
[0032] 本發(fā)明的一種實(shí)施方式提供了一種空間全景態(tài)式感知衛(wèi)星，其采用的設(shè)計(jì)方法包 括以下步驟：
[0033] SI ·0、提供衛(wèi)星平臺(tái)和相機(jī)；
[0034] S1. 1、定義衛(wèi)星布局坐標(biāo)系xyz、觀測(cè)特征坐標(biāo)系1#。^。"、相機(jī)編號(hào)11、相機(jī)安裝坐 標(biāo)(Xn，yn，Zn)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣Τ?，η為大于或等于1的整數(shù)；
[0035] S1.2、根據(jù)衛(wèi)星布局坐標(biāo)系xyz和相機(jī)安裝坐標(biāo)將相機(jī)安裝在衛(wèi)星平臺(tái)上；
[0036] S1.3、根據(jù)坐標(biāo)