空間全景態式感知衛星及其設計方法和應用方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及衛星技術領域和空間態勢感知技術領域，具體涉及一種空間全景態式 感知衛星及其設計方法和應用方法。
【背景技術】
[0002] 空間維護技術是目前航天技術領域研究的熱點。對目標航天器的監測是空間維護 技術的一項重要的支撐技術。目前在對目標航天器進行監測時，通常需要對目標航天器進 行繞飛、掠飛、伴飛等操作。執行此類操作多采取依賴姿態控制和軌道控制同時進行的方 式，使得觀測航天器在相對目標航天器運動的同時保持其相機觀測的特征軸沿視線方向指 向目標。該操作方式導致了觀測星的控制算法復雜，且觀測相機對衛星平臺控制系統的響 應速度、響應能力以及控制精度的要求更加苛刻。
[0003] 本發明公布的一類觀測衛星能夠對周圍空間進行全景態勢感知，監測目標航天器 時，適用于觀測星同目標航天器之間任意的相對姿態，目標航天器一直處于觀測衛星的視 場中。所以在不需要特別考慮觀測姿態指向的情形下，本發明實現了觀測星對目標航天器 的監測。這種方法在較大程度上降低了觀測相機對姿態控制系統的要求，簡化了姿態控制 系統的設計。
[0004] 該背景下，支撐本發明的關鍵技術有兩個:衛星平臺設計技術、多相機成像全景合 成技術。衛星平臺需要為觀測相機提供電力、熱防護等保障，同時需要同相機進行數據傳 輸。多相機成像全景合成技術將相機的圖像拼接為整個空間的全景成像圖像。目前衛星平 臺的設計理論和設計方法相對成熟，合理設計衛星平臺能夠滿足相機的電力、熱控等需求。 圖像拼接的方法已經成熟，但在多相機空間全景成像的拼接技術領域，國內外仍處于探索 階段。在民用領域，基于多相機的全景拼接相機已經有產品上市，這些產品多數有圖像畸變 相對嚴重等不足。目前在空間態勢感知飛行器總體設計領域，尚未發現同本發明類似的設 計思想。同時該領域尚未收集到國內外類似的資料。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種設計簡單，拍攝清晰全面的全景態式感知衛星。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明提供了一種空間全景態式感知衛星的設計方法，包 括以下步驟：
[0007] S1.0、提供衛星平臺和相機；
[0008] S1. 1、定義衛星布局坐標系xyz、觀測特征坐標系1。1^。1^。11、相機編號11、相機安裝坐 標( Xn，yn，zn)和坐標轉換矩陣Τ?，η為大于或等于1的整數；
[0009] S1.2、根據衛星布局坐標系xyz和相機安裝坐標將相機安裝在衛星平臺上；S1.3、 根據坐標轉換矩陣T?確定相機的觀測特征軸;并調整相機的朝向。
[0010] 作為優選的，衛星布局坐標系xyz和觀察特征坐標系XcnycnZcn為右手坐標系。
[0011] 作為優選的，所有相機的觀測特征軸的法平面形成一個正十二面體。
[0012] 本發明還提供了一種空間全景態式感知衛星，通過上述其中一項的空間全景態式 感知衛星的設計方法得到;包括所述衛星平臺和相機；
[0013] 所述相機安裝在所述衛星平臺的表面上。
[00M]作為優選的，相機的觀測特征軸指向在空間均勾分布。
[0015] 作為優選的，所有相機的觀測特征軸的法平面形成一個正十二面體。
[0016] 作為優選的，相機的視場角為90°。
[0017]作為優選的，衛星平臺以邊長為1的正方體為基準設計，相機安裝在衛星平臺上下 表面的面心和棱上。
[0018] 本發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式 感知衛星，包括以下步驟：
[0019] S2.1、在接收到監測指令后，由外部控制系統控制空間全景態式感知衛星移動至 待測航天器周邊，識別待測航天器；
[0020] S2.2、空間全景態式感知衛星按照外部控制系統預設的繞轉軌道繞待測航天器轉 動，并記錄待測航天器周邊影像；
[0021] S2.3、完成監測后，由外部控制系統控制空間全景態式感知衛星返回待命區域。
[0022] 作為優選的，在步驟S2.1完成后，外部控制系統控制空間全景態式感知衛星打開 相機;在步驟S2.2完成后，外部控制系統控制空間全景態式感知衛星關閉相機。
[0023] 本發明相比現有技術的空間全景態式感知衛星及其設計方法和應用方法，具有以 下優點：
[0024] 1、能夠對周圍空間進行全景態勢感知，避免了衛星對目標航天器定向的需求。
[0025] 2、設計步驟簡化，通過建立坐標軸以及坐標軸變換矩陣來確定相機和相機特征軸 的朝向，設計方法簡便。
[0026] 3、相鄰兩個相機拍攝的重合范圍大，降低后續拼接的難度。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明一實施例中十二個相機的觀測指向法平面在空間的分布構成正十二 面體的示意圖，圖中僅給出了其中六個可見法平面的觀測軸；
[0028] 圖2為本發明一實施例中星上全景態勢感知衛星相機的安裝坐標系與星箭安裝坐 標系示意圖；
[0029]圖3為本發明一實施例中3號相機與9號相機在觀測距離為501時兩相機視場重疊 情形不意圖；
[0030] 圖4為本發明一實施例中態勢感知衛星在軌對目標航天器進行繞飛監測的流程示 意圖。
【具體實施方式】
[0031] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的各實 施方式進行詳細的闡述。
[0032] 本發明的一種實施方式提供了一種空間全景態式感知衛星，其采用的設計方法包 括以下步驟：
[0033] SI ·0、提供衛星平臺和相機；
[0034] S1. 1、定義衛星布局坐標系xyz、觀測特征坐標系1#。^。"、相機編號11、相機安裝坐 標(Xn，yn，Zn)和坐標轉換矩陣Τ?，η為大于或等于1的整數；
[0035] S1.2、根據衛星布局坐標系xyz和相機安裝坐標將相機安裝在衛星平臺上；
[0036] S1.3、根據坐標