專利名稱::一種地球同步轉(zhuǎn)移軌道在軌衛(wèi)星故障光電探測方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及一種地球同歩轉(zhuǎn)移軌道(GT0)在軌衛(wèi)星故障的光電探測方法,尤其是涉及一種利用望遠(yuǎn)鏡光電探測系統(tǒng)的觀測,實時、可靠地評估衛(wèi)星故障狀態(tài)的光電探測方法。
背景技術(shù):
:人類自20世紀(jì)50年代開展航天活動以來,雖然航天技術(shù)發(fā)展日新月異,但發(fā)射衛(wèi)星失敗的事例仍頻繁出現(xiàn)。而故障率最高的就是發(fā)射階段,而且在發(fā)射階段的故障處理有時間限制,一旦超過時效,衛(wèi)星成為太空垃圾,所造成的損失以億計。這就給衛(wèi)星發(fā)射階段的故障發(fā)現(xiàn)和搶救提出了更高的要求。目前,低軌衛(wèi)星的特性識別主要是利用雷達(dá)等傳感器獲取目標(biāo)的回波信號,從中提取目標(biāo)的位置、速度、結(jié)構(gòu)等特征信息。而中高軌衛(wèi)星,距離地球20000公里至36000公里,由于雷達(dá)的探測信號與距離「4成正比,要受到地面雜波和大氣損耗的影響,以及自身功率和工作波長的限制,一般很難實現(xiàn)。同時利用高分辨成像觀測中高軌衛(wèi)星由于衍射極限和大氣影響尚有困難,因此光學(xué)非成像觀測是近年來中高軌衛(wèi)星特性研究領(lǐng)域中最重要的研究主題之一,對這類目標(biāo)的探測、跟蹤、識別是近年來衛(wèi)星技術(shù)狀態(tài)特性研究領(lǐng)域中備受關(guān)注的前沿方向。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出了利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡探測系統(tǒng)獲取衛(wèi)星在地球同步轉(zhuǎn)移軌道(GTO)期間的光變曲線,本探測方法無需衛(wèi)星系統(tǒng)的傳感器和下行通訊數(shù)據(jù)的支持,通過分析光變曲線評估衛(wèi)星故障狀態(tài),為及時搶救衛(wèi)星提供可能。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提出一種地球同步轉(zhuǎn)移軌道在軌衛(wèi)星故障光電探測方法,該方法包括步驟(1)通過望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)獲取衛(wèi)星光電數(shù)據(jù);(2)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,生成衛(wèi)星的光變曲線;(3)依據(jù)光變曲線計算衛(wèi)星OCS值和衛(wèi)星的自旋角速率;(4)根據(jù)衛(wèi)星的OCS值評估衛(wèi)星太陽能電池板的展開狀況;(5)根據(jù)衛(wèi)星的自旋角速率評估衛(wèi)星姿態(tài)控制能力;(6)積累衛(wèi)星的多圈次光變曲線,評估衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)控能力;(7)根據(jù)上述評估的結(jié)論,分析、確定衛(wèi)星故障成因。在歩驟2中,所述生成的衛(wèi)星的光變曲線包括相位序列光變曲線和時間序列光變曲線,通過分析相位序列光變曲線得到目標(biāo)的OCS值、通過分析時間序列光變曲線得到衛(wèi)星的自旋角速率;在步驟6中,所述的多圈次光變曲線為多圈次衛(wèi)星相位序列光變曲線。所述步驟1中獲取衛(wèi)星光電數(shù)據(jù)的具體方法為(1.1)將觀測目標(biāo)的預(yù)報星歷表,輸入望遠(yuǎn)鏡控制軟件,控制望遠(yuǎn)鏡指向觀測目標(biāo)(1.2)設(shè)置CCD系統(tǒng)控制軟件的參數(shù),該參數(shù)為曝光時間、延遲時間、濾光片系統(tǒng)、CCD增益值和讀出速度;(1.3)觀測測試正常后,調(diào)整觀測目標(biāo)進(jìn)入CCD視場中心,望遠(yuǎn)鏡鎖定目標(biāo),CCD開始連續(xù)曝光,進(jìn)行時序測光。在步驟1.2中,所述的曝光時間和延遲時間的長度由天光背景亮度調(diào)整,所述的CCD的增益值由目標(biāo)亮度確定設(shè)置,所述的讀出速度由觀測需求和觀測弧段長度確定。在上述步驟2中,所述生成衛(wèi)星的光變曲線的方法具體包括步驟6(2.1)對圖像進(jìn)行校正,提高目標(biāo)信噪比通過將平場圖像、標(biāo)準(zhǔn)星圖像和含有目標(biāo)源的原始圖像,分別減去本底圖像,以進(jìn)行本底改正,消除本底噪聲、天光噪聲和讀出噪聲;通過將標(biāo)準(zhǔn)星圖像和原始圖像分別除去改正后的平場,以進(jìn)行平場改正,消除光學(xué)系統(tǒng)、快門效應(yīng)和CCD的大尺度不均勻性造成的大尺度不均勻性;(2.2)自動證認(rèn)圖像中的觀測目標(biāo),計算目標(biāo)的半高全寬;(2.3)選擇天光孔徑大小,去除天光背景對目標(biāo)測光的影響,得到目標(biāo)的儀器星等;(2.4)選擇Undolt標(biāo)準(zhǔn)星作為較差測光的標(biāo)準(zhǔn)星,計算轉(zhuǎn)換得到目標(biāo)的視星等;(2.5)根據(jù)衛(wèi)星觀測時間與其視星等分布生成基于時間序列的光變特性曲線;(2.6)根據(jù)數(shù)據(jù)點的測光觀測時間和軌道根數(shù)計算目標(biāo)的相位角,把目標(biāo)的時間序列的光變特性曲線轉(zhuǎn)換相位角序列光變特性曲在步驟4中,根據(jù)衛(wèi)星的OCS值評估衛(wèi)星太陽能電池板的展開狀況的判斷標(biāo)準(zhǔn)具體為目標(biāo)在^"(T的小相位角時,判斷m一)-^"g,可認(rèn)為目標(biāo)的太陽能帆板工作正常,一p)-氣—)S0.5腿g,可認(rèn)為目標(biāo)的太陽能帆板沒能正常打開,出現(xiàn)故障;其中,m為標(biāo)準(zhǔn)星等值,mrf為漫反射亮度值,mag為星等單位。在步驟5中,根據(jù)衛(wèi)星的自旋角速率、自轉(zhuǎn)指向評估衛(wèi)星姿態(tài)控制能力的方法是根據(jù)獲得的目標(biāo)時序光變特性曲線,對其相位角歸一化后進(jìn)行傅利葉變換,由得到的頻譜分布計算目標(biāo)在GTO軌道進(jìn)行巡航飛行階段的自轉(zhuǎn)角速度,其計算結(jié)果與飛行要求值進(jìn)行比對,評估確定衛(wèi)星平臺姿態(tài)控制能力。在步驟6中,積累衛(wèi)星的多圈次光變曲線評估衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)控能力的方法是取前一圈次的擬合曲線為姿態(tài)調(diào)控檢測的模板,計算當(dāng)前圈次測光結(jié)果與模板間的相關(guān)性,取其相關(guān)系數(shù)為姿態(tài)調(diào)控因子z,通過計算姿態(tài)調(diào)控因子可分析評估衛(wèi)星平臺姿態(tài)變化檢測。分析判斷姿態(tài)調(diào)控指令發(fā)出之前的兩個圈次的姿態(tài)調(diào)控因子z,當(dāng)Z〉0.9,則表明兩個圈次的衛(wèi)星姿態(tài)具有較好的一致性,當(dāng)Z〈0.5,則表明該衛(wèi)星姿態(tài)已有明顯的變化。分析判斷姿態(tài)調(diào)控指令發(fā)出前后的兩個圈次的姿態(tài)調(diào)控因子Z,當(dāng)Z〈0.5,說明姿態(tài)變化明顯,姿態(tài)調(diào)控指令已發(fā)生作用。本發(fā)明的光電探測方法與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1)被動式無源接收特性;(2)具有靈敏度高、精度高;(3)探測距離遠(yuǎn),可達(dá)到距離地球表面40000公里;(4)能實時觀測處理數(shù)據(jù)。圖1是本發(fā)明地球同步轉(zhuǎn)移軌道在軌衛(wèi)星故障光電探測方法的步驟框圖2是相位角示意圖3是基于時間序列的衛(wèi)星光變特性曲線圖;圖4是基于相位序列的衛(wèi)星光變特性曲線圖;圖5是頻譜分析圖6是多圈次相位角序列光變特性曲線圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明地球同歩轉(zhuǎn)移軌道在軌衛(wèi)星故障光電探測方法的步驟框圖;首先,通過望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)獲取衛(wèi)星光電數(shù)據(jù),對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,生成衛(wèi)星的光變曲線;通過光變曲線計算衛(wèi)星OCS值和計算衛(wèi)星的自旋角速率;通過衛(wèi)星OCS值評估衛(wèi)星太陽能電池板的展開狀況,通過衛(wèi)星的自旋角速率、自轉(zhuǎn)指向評估衛(wèi)星姿態(tài)控制能力。同時通過積累衛(wèi)星的多圈次光變曲線,評估衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)控能力。根據(jù)上述評估的結(jié)論,分析、確定衛(wèi)星故障成因。其中,數(shù)據(jù)獲取(1)將觀測目標(biāo)的預(yù)報星歷表,輸入望遠(yuǎn)鏡控制軟件,控制望遠(yuǎn)鏡指向觀測目標(biāo)實例TLE(Two-LineElements)t艮類女125522U98065A08040.43542113-.0000005000000-010000-304679225522000.0508274.14680003048061,4487126.037301.0027151734012預(yù)報結(jié)果時分秒赤經(jīng)赤緯112230.093121.9105-6.0164112330.093122.1611-6.0165112430.093122.4116-6.0166112530.093122.6622-6.0168(2)設(shè)置CCD系統(tǒng)控制軟件的參數(shù)(曝光時間、延遲時間、濾光片系統(tǒng)、CCD增益值、讀出速度)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>(3)觀測測試正常后,調(diào)整觀測目標(biāo)進(jìn)入CCD視場中心,望遠(yuǎn)鏡鎖定目標(biāo),CCD開始連續(xù)曝光。根據(jù)精密星歷表引導(dǎo)望遠(yuǎn)鏡跟蹤鎖定目標(biāo)進(jìn)入視場中心,由天光背景亮度調(diào)整合適的曝光時間長度和延時,由目標(biāo)亮度確定設(shè)置CCD合適的增益(Gain)值,由觀測需求和觀測弧段長度確定合適的讀出速度后CCD連續(xù)曝光,進(jìn)行時序測光。測光處理(1)對圖像進(jìn)行校正,提高目標(biāo)信噪比本底改正在目標(biāo)圖像中,我們要分析的是直接來自目標(biāo)星(經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換)的光電子。但圖像中的光電子,實際上是以下幾項來源之和il本底噪聲CCD本身電路的電流。隱天光噪聲大氣層反射、散射和發(fā)射到CCD的光電子?!鲎x出噪聲在讀出過程中,線纜中產(chǎn)生和A/D轉(zhuǎn)換的電子噪聲?!瞿繕?biāo)源來自目標(biāo)源的光電子。平場圖像、標(biāo)準(zhǔn)星圖像和含有目標(biāo)源的原始圖像,分別減去本底圖像,以進(jìn)行本底改正。平場改正使用標(biāo)準(zhǔn)光源或者天光背景獲得平場圖像,平場圖像能夠體現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)、快門效應(yīng)和CCD的大尺度不均勻性。標(biāo)準(zhǔn)星圖像和原始圖像分別除去改正后的平場,可以消除上述因素造成的大尺度不均勻性。(2)自動證認(rèn)圖像中的觀測目標(biāo),計算目標(biāo)的半高全寬,孔徑的選擇一般都依賴于FW匿,即星象的半高全寬。又星象的輪廓理論上為高斯輪廓,F(xiàn)W匿與高斯函數(shù)中Sigma的關(guān)系為FWHM=2*sqrt(2*ln(2))*Sigma,即FWHM二2.35482*Sigma根據(jù)一維高斯函數(shù)的性質(zhì),若測光孔徑為1倍Sigma包含68.26%的能量,3倍Sigma包含99.73%能量,5倍Sigma包含99.9999%的能(3)選擇天光孔徑大小,去除天光背景對目標(biāo)測光的影響,可得到目標(biāo)的儀器星等,一般如果星足夠亮,測光孔徑可取2倍FWHM,若星較暗可適當(dāng)減小測光孔徑,以便獲得更高的信噪比,實例某一目標(biāo)在世界時UT二ll時25分30.093秒的測光結(jié)果為16.483星等。.(4)選擇Landolt標(biāo)準(zhǔn)星作為較差測光的標(biāo)準(zhǔn)星,計算轉(zhuǎn)換得到目標(biāo)的視星等,利用較差測光,我們可以知道目標(biāo)源是否有變化,得到變幅,周期等信息,但是卻不能知道目標(biāo)源到底有多亮,因為我們只知道目標(biāo)源與比較星之間的差,而不知道比較星到底有多亮。目前一些星表庫可以提供部分星等信息。若需要得到目標(biāo)源或比較星的真實亮度(此處的亮度為視星等),需要做測光的流量定標(biāo)。其原理為,通過觀測一批已知標(biāo)準(zhǔn)星等的標(biāo)準(zhǔn)星,擬和出標(biāo)準(zhǔn)星等與儀器星等之間轉(zhuǎn)換方程的系數(shù),然后再將目標(biāo)源或比較星的儀器星等通過這個轉(zhuǎn)換方程轉(zhuǎn)11換回標(biāo)準(zhǔn)星等。使用的星等轉(zhuǎn)換方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>u,b,v,r,i為儀器星等,U,B,V,R,I為標(biāo)準(zhǔn)星等,C為常數(shù)項,X為大氣質(zhì)量,6為系統(tǒng)轉(zhuǎn)換系數(shù),k'為大氣主消光系數(shù),k〃為大氣二次消光系數(shù),一般很小,擬和時通常將其置為零。觀測的標(biāo)準(zhǔn)星一般都在Landolt標(biāo)準(zhǔn)星表里選取。定標(biāo)對天氣的要求非常高,要求在整夜的觀測過程中大氣要穩(wěn)定、透明度穩(wěn)定以保證消光系數(shù)不變。觀測的標(biāo)準(zhǔn)星大氣質(zhì)量和顏色的分布盡量廣且均勻。實例在測光夜,目標(biāo)在世界時UT二ll時25分30.093秒的測光結(jié)果為16.483星等,LANDOLT標(biāo)準(zhǔn)星的較差星等為2.543星等,則目標(biāo)的大氣層外的標(biāo)準(zhǔn)星等為13.940星等。(5)根據(jù)衛(wèi)星觀測時間與其視星等分布生成基于時間序列的光變特性曲線在觀測弧段中,利用CCD測光數(shù)據(jù)中的觀測時間和測光結(jié)果產(chǎn)生以時間為橫軸和標(biāo)準(zhǔn)星等為縱軸的光變特性曲線,從而得到目標(biāo)的時間序列光變特性數(shù)據(jù)(如圖3所示)。數(shù)據(jù)預(yù)處理(1)斜距、相位角計算斜距定義為測站至衛(wèi)星間的距離,而相位角為太陽一衛(wèi)星一測站之間的夾角(如圖2所示)。斜距和相位角在研究衛(wèi)星特性中是兩個重要的參數(shù),光學(xué)觀測時無法通過觀測獲取這兩個參數(shù),需要通過星歷計算給出。通過公式1或2式的計算,我們可以獲得斜距J2000歷元天球坐標(biāo)系下矢量F至站心赤道坐標(biāo)系下矢量^的轉(zhuǎn)換關(guān)系(1)J2000歷元天球坐標(biāo)系下矢量?至站心地平坐標(biāo)系下矢量》'的轉(zhuǎn)換關(guān)系其中瓦是測站在地固坐標(biāo)系中的位置矢量,(M)是歷元平赤道地心系與地固坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣,(i^)是瞬時真赤道地心系與準(zhǔn)地固坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換舉證,(Zi)是瞬時真赤道坐標(biāo)系與地平坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣,有f(測=i:(7朋°_(卯。_p)n+義(2)這里&是格林尼治真恒星時,/l和^是測站的經(jīng)度和緯度(天文度,可用大地緯度)。^的計算公式見后面的(3)式。=18氣6973746+879000''.0513367f+0、.093104一136525.0上式中的引數(shù)t是UTl(世界時)時間,MJD為約簡儒略日。r+H々'卜^/p,+《+P,(4)同時,相位角的計算需要計算太陽、測站和衛(wèi)星之間的相對位置關(guān)系,首先通過太陽的平運動參數(shù)獲取太陽在J2000歷元天球坐標(biāo)系的位置l",通過上述2式的轉(zhuǎn)換,得到其站心赤道坐標(biāo)系下的位置A,根據(jù)矢量計算公式,可以得到衛(wèi)星一測站矢量卩和衛(wèi)星一太陽矢量2,I。=_p(5)根據(jù)兩矢量間的夾角公式可得相位角(PA)的計算公式PA=arccos(j^i)(6)實例目標(biāo)的TLE(Two-LineElements)軌道根數(shù)INTELSAT8(PAS8)125522U98065A08040.43542113-.0000005000000-010000-304679225522000.0508274.14680003048061.4487126.037301.0027151734012根據(jù)TLE(Two-LineElements)軌道根數(shù)計算目標(biāo)的斜距和相位角<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>(2)斜距改正對于衛(wèi)星地基監(jiān)測來說,太陽、衛(wèi)星和觀測系統(tǒng)三者之間存在著相對運動,那么,光學(xué)觀測系統(tǒng)在跟蹤監(jiān)測空間衛(wèi)星過程中,接收到的衛(wèi)星亮度值則是不斷變化的,由于目標(biāo)自身并不發(fā)光的,而是通過反射太陽光、大氣散射光或地面反射光照明,這種接收到的衛(wèi)星光能量的變化與衛(wèi)星形狀、運行姿態(tài)和照明條件密切相關(guān)。衛(wèi)星光學(xué)特性與衛(wèi)星的物理特性,如距離測站的遠(yuǎn)近,外部形狀、尺寸大小、表面涂層、姿態(tài)穩(wěn)定方式、及姿態(tài)指向等密切相關(guān)。在目標(biāo)過頂期間,隨著時間的變化,目標(biāo)距離測站間的距離發(fā)生變化,對目標(biāo)視星等的大小有密切關(guān)系,因此需進(jìn)行斜距改正,視星等歸一化到統(tǒng)一距離,n;W-2.5*lg(f/《),其中m為視星等,IF:為斜距改正后的目標(biāo)星等值,i為目標(biāo)與測站間的距離,i。為歸一化的距離,通過對目標(biāo)的視星等進(jìn)行斜距改正歸一化計算以便反映目標(biāo)特性與光變過程的相關(guān)規(guī)律。實伊J:設(shè)i。=40000公里,R=39333.66485公里,目標(biāo)視星等為m=14.466星等,則附校讓:二14.466—2.5*2*lg(39333.66485/40000)=14.502星等。(3)時序光變特性轉(zhuǎn)換相位角序列光變特性根據(jù)數(shù)據(jù)點的測光觀測時間和軌道根數(shù)計算目標(biāo)的相位角,太陽與衛(wèi)星、觀測點形成的相位角(如圖2所示),把目標(biāo)的時序光變特性轉(zhuǎn)換相位角序列光變特性,以相位角為橫軸,目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)星等為縱軸的相位角序列光變特性關(guān)系(如圖4所示)(4)根據(jù)基于相位序列的光變特性確定目標(biāo)形狀特性,選擇相位函數(shù)fo)由于目標(biāo)的形狀特性比較單一,可利用下述三種形狀的反射特性曲線計算與目標(biāo)特性數(shù)據(jù)的相關(guān)性,確定目標(biāo)的形狀特性,從而選擇正確的相位函數(shù)。平面反射特性F(0)二COS"cosp"為太陽入射光線與平面法向的夾角,p為出射光線與平面法向的夾角。評估衛(wèi)星太陽能電池板的展開狀態(tài)假定衛(wèi)星表面的漫反射服從朗伯定律,由于目標(biāo)被太陽光照射,其視星等按下式計算m=-2.5logp,(p)/(£0*頓2)](7)式中m為目標(biāo)的視星等值,^為光照截面面積,y為衛(wèi)星表面的反照率,F(xiàn)一)為相位函數(shù),^為太陽-目標(biāo)-觀測點的相位角,其中,類球狀反身寸特性i^)=[sinp+(;r—p)cosp],p為相位角。類柱狀反身t特性FO)=sinasin/[sin^+O—。cos6],4cosp—cosaCOSP=cos—[—^-------sinsin"為太陽入射光線與平面法向的夾角,^為出射光線與平面法向的夾角,^為斜距,太陽(零等星)的輻照流量i。=1365胸7-2,太陽輻射常數(shù),它是地球大氣外在單位時間內(nèi)投影到距太陽平均日地距離處(即一個天文單位),并且垂直于太陽射線方向的單位面積上的太陽輻射能臺匕土l:間目標(biāo)信號來源主要是太陽光的輻射能量。一般可以認(rèn)為太陽是絕對溫度為5900K的黑體,其一定光譜范圍的輻射出射度乖=宇(^,L,-W(8)式中,h為普朗克常數(shù),c為真空中的光速,k為玻爾茲曼常數(shù),T為太陽的黑體溫度。太陽對目標(biāo)的單色輻照度E(義)-^^『m-2,-、式中,S為太陽表面積,R為日地平均距離。在可見光波段(/1,=380nm/12=760nm),五《単,67歸2(9)一般中高軌目標(biāo)的鋁材的反照率^=0.6,主體表面材料反照率^=0.2,太陽能帆板表面反照率^=0.04,計算目標(biāo)在小相位角時(pS3(T)的漫反射亮度值,與相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)星等值進(jìn)行比較如m(p)-,g,可認(rèn)為目標(biāo)的太陽能帆板工作正常,—)S0.5,g,可認(rèn)為目標(biāo)的太陽能帆板沒能正常打開,出現(xiàn)故障。評估衛(wèi)星平臺姿態(tài)控制能力衛(wèi)星平臺在GTO軌道期間自動完成速率阻尼、太陽捕獲,進(jìn)入繞偏航軸以0.5°/s的自旋角速率慢旋的巡航姿態(tài),因此可根據(jù)獲得的目標(biāo)時序光變特性曲線(如圖3所示),對其相位角歸一化后進(jìn)行傅利葉變換,由得到的頻譜分布(如圖5所示)計算目標(biāo)在GTO軌道進(jìn)行巡航飛行階段的自轉(zhuǎn)角速度,在低頻部分有480秒的主周期,其計算結(jié)果與飛行要求值進(jìn)行比對,可評估確定衛(wèi)星平臺姿態(tài)控制能力。評估衛(wèi)星平臺姿態(tài)調(diào)控能力首先對目標(biāo)的時序測光結(jié)果進(jìn)行斜距改正,并轉(zhuǎn)換為相位角序列的測光曲線。對該光變曲線進(jìn)行最小二乘的二次多項式擬合假設(shè)給定數(shù)據(jù)點(A,/,)(i=0,l,"*,m),y為所有次數(shù)不超過"0^m)的多項式構(gòu)成的函數(shù)類,現(xiàn)求一A(x)-^"ye;r,使得P=|,H]2=|;(lX/,)=mm(10)J=0z=0A:=0當(dāng)擬合函數(shù)為多項式時,稱為多項式擬合,滿足式(10)的^")稱為最小二乘擬合多項式。取該擬合多項式為姿態(tài)調(diào)控檢測的模板,計算當(dāng)前測光結(jié)果與模板間的相關(guān)性,取其相關(guān)系數(shù)為姿態(tài)調(diào)控因子Z,如Z〉0.9,則表明兩個圈次的衛(wèi)星姿態(tài)具有較好的一致性,如Z〈0.5,則表明該衛(wèi)星姿態(tài)已有明顯的變化。根據(jù)獲得的目標(biāo)多圈次相位角序列光變特性曲線(如圖6所示),光變曲線圈次l、2是地面注入指令前的觀測結(jié)果,兩個不同圈次的光變曲線雖然覆蓋的相位角范圍不同,但在相同相位角是有很好的重合,取圈次1的擬合曲線為姿態(tài)調(diào)控檢測的模板,圈次2的光變特性數(shù)據(jù)與該模板的姿態(tài)調(diào)控因子Z=0.977,反映了地面注入指令前衛(wèi)星姿態(tài)保持較好。而曲線圈次3是地面注入指令后的觀測結(jié)果,姿態(tài)調(diào)整前后的光變曲線有明顯的差異,有較好的區(qū)分度,圈次3的光變特性數(shù)據(jù)與該姿態(tài)調(diào)控檢測模板的姿態(tài)調(diào)控因子Z=0.023,說明姿態(tài)變化明顯,姿態(tài)調(diào)控指令己發(fā)生作用。通過計算姿態(tài)調(diào)控因子可分析評估衛(wèi)星平臺姿態(tài)變化檢測。綜合以上分析結(jié)果可實時、可靠地評估衛(wèi)星故障狀態(tài),為及時搶救衛(wèi)星提供可能。以上所描述的過程只是本發(fā)明的一種情況,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)不同的目標(biāo)和要求對計算參數(shù)在不偏離本發(fā)明的前提下進(jìn)行增補(bǔ)、改進(jìn)和更換,上述增補(bǔ)、改進(jìn)和更換應(yīng)當(dāng)都在本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種地球同步轉(zhuǎn)移軌道在軌衛(wèi)星故障光電探測方法,其特征在于包括步驟(1)通過望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)獲取衛(wèi)星光電數(shù)據(jù);(2)對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,生成衛(wèi)星的光變曲線;(3)依據(jù)光變曲線計算衛(wèi)星OCS值和衛(wèi)星的自旋角速率;(4)根據(jù)衛(wèi)星的OCS值評估衛(wèi)星太陽能電池板的展開狀況;(5)根據(jù)衛(wèi)星的自旋角速率評估衛(wèi)星姿態(tài)控制能力;(6)積累衛(wèi)星的多圈次光變曲線,評估衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)控能力;(7)根據(jù)上述評估的結(jié)論,分析、確定衛(wèi)星故障成因。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測方法,其特征在于,在歩驟2中,所述生成的衛(wèi)星的光變曲線包括相位序列光變曲線和時間序列光變曲線,通過分析相位序列光變曲線得到目標(biāo)的OCS值、通過分析時間序列光變曲線得到衛(wèi)星的自旋角速率;在步驟6中,所述的多圈次光變曲線為多圈次衛(wèi)星相位序列光變曲線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測方法,其特征在于,所述步驟1中獲取衛(wèi)星光電數(shù)據(jù)的具體方法為(1.1)將觀測目標(biāo)的預(yù)報星歷表,輸入望遠(yuǎn)鏡控制軟件,控制望遠(yuǎn)鏡指向觀測目標(biāo)(1.2)設(shè)置CCD系統(tǒng)控制軟件的參數(shù),該參數(shù)為曝光時間、延遲時間、濾光片系統(tǒng)、CCD增益值和讀出速度;(1.3)觀測測試正常后,調(diào)整觀測目標(biāo)進(jìn)入CCD視場中心,望遠(yuǎn)鏡鎖定目標(biāo),CCD開始連續(xù)曝光,進(jìn)行時序測光。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的探測方法,其特征在于,在步驟1.2中,所述的曝光時間和延遲時間的長度由天光背景亮度調(diào)整,所述的CCD的增益值由目標(biāo)亮度確定設(shè)置,所述的讀出速度由觀測需求和觀測弧段長度確定。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的探測方法,其特征在于,在歩驟2中,所述生成衛(wèi)星的光變曲線的方法具體包括步驟(2.1)對圖像進(jìn)行校正,提高目標(biāo)信噪比通過將平場圖像、標(biāo)準(zhǔn)星圖像和含有目標(biāo)源的原始圖像,分別減去本底圖像,以進(jìn)行本底改正,消除本底噪聲、天光噪聲和讀出噪聲;通過將標(biāo)準(zhǔn)星圖像和原始圖像分別除去改正后的平場,以進(jìn)行平場改正,消除光學(xué)系統(tǒng)、快門效應(yīng)和CCD的大尺度不均勻性造成的大尺度不均勻性;(2.2)自動證認(rèn)圖像中的觀測目標(biāo),計算目標(biāo)的半高全寬;(2.3)選擇天光孔徑大小,去除天光背景對目標(biāo)測光的影響,得到目標(biāo)的儀器星等;(2.4)選擇Landolt標(biāo)準(zhǔn)星作為較差測光的標(biāo)準(zhǔn)星,計算轉(zhuǎn)換得到目標(biāo)的視星(2.5)根據(jù)衛(wèi)星觀測時間與其視星等分布生成基于時間序列的光變特性曲線;(2.6)根據(jù)數(shù)據(jù)點的測光觀測時間和軌道根數(shù)計算目標(biāo)的相位角,把目標(biāo)的時間序列的光變特性曲線轉(zhuǎn)換相位角序列光變特性曲6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測方法,其特征在于,在步驟4中,根據(jù)衛(wèi)星的OCS值評估衛(wèi)星太陽能電池板的展開狀況的判斷標(biāo)準(zhǔn)具體為目標(biāo)在爐S3(T的小相位角時,判斷w—)-m艱,可認(rèn)為目標(biāo)的太陽能帆板工作正常,wO)-mdO)20.5廳g,可認(rèn)為目標(biāo)的太陽能帆板沒能正常打開,出現(xiàn)故障;其中,m為標(biāo)準(zhǔn)星等值,md為漫反射亮度值,mag為星等單位。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測方法,其特征在于,在步驟5中,根據(jù)衛(wèi)星的自旋角速率向評估衛(wèi)星姿態(tài)控制能力的方法是根據(jù)獲得的目標(biāo)時序光變特性曲線,對其相位角歸一化后進(jìn)行傅利葉變換,由得到的頻譜分布計算目標(biāo)在GTO軌道進(jìn)行巡航飛行階段的自轉(zhuǎn)角速度,其計算結(jié)果與飛行要求值進(jìn)行比對,評估確定衛(wèi)星平臺姿態(tài)控制能力。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測方法,其特征在于,在步驟6中,積累衛(wèi)星的多圈次光變曲線評估衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)控能力的方法是取前一圈次的擬合曲線為姿態(tài)調(diào)控檢測的模板,計算當(dāng)前圈次測光結(jié)果與模板間的相關(guān)性,取其相關(guān)系數(shù)為姿態(tài)調(diào)控因子Z,通過計算姿態(tài)調(diào)控因子可分析評估衛(wèi)星平臺姿態(tài)變化檢測。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的探測方法,其特征在于,分析判斷姿態(tài)調(diào)控指令發(fā)出之前的兩個圈次的姿態(tài)調(diào)控因子Z,當(dāng)Z〉0.9,則表明兩個圈次的衛(wèi)星姿態(tài)具有較好的一致性,當(dāng)Z〈0.5,則表明該衛(wèi)星姿態(tài)己有明顯的變化。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的探測方法,其特征在于,分析判斷姿態(tài)調(diào)控指令發(fā)出前后的兩個圈次的姿態(tài)調(diào)控因子Z,當(dāng)Z〈0.5,說明姿態(tài)變化明顯,姿態(tài)調(diào)控指令已發(fā)生作用。全文摘要本發(fā)明是一種地球同步轉(zhuǎn)移軌道(GTO)在軌衛(wèi)星故障光電探測方法,該方法利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡探測系統(tǒng)獲取衛(wèi)星在地球同步轉(zhuǎn)移軌道(GTO)期間的光變曲線,通過分析相位角序列光變特性曲線得到目標(biāo)的光照截面大小(OCS)評估衛(wèi)星太陽能電池板的展開狀態(tài),通過分析時序光變特性曲線得到目標(biāo)的自旋角速率評估衛(wèi)星平臺姿態(tài)控制能力,通過積累多圈次衛(wèi)星相位角序列光變特性曲線評估衛(wèi)星平臺姿態(tài)調(diào)控能力,從而評估衛(wèi)星故障狀態(tài),為及時搶救衛(wèi)星提供可能。本發(fā)明的方法不依賴衛(wèi)星系統(tǒng)的傳感器和下行通訊數(shù)據(jù),具有被動式無源接收特性,具有靈敏度高、精度高、探測距離遠(yuǎn)、能實時觀測、數(shù)據(jù)處理快等特點。文檔編號B64G3/00GK101450716SQ20081018838公開日2009年6月10日申請日期2008年12月26日優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日發(fā)明者盧曉猛,唐軼峻,姜曉軍,莉曹,王天舟,王建峰,蔡洪波,裘予雷,魏建彥申請人:中國科學(xué)院國家天文臺