一種星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及屬于光學(xué)成像與遙感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 星載遙感相機(jī)在隨衛(wèi)星飛行時(shí)采用推掃或凝視方式對景物目標(biāo)的進(jìn)行成像或者 對預(yù)知的點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤成像。傳統(tǒng)星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)和方法有兩種，一種是地面 測控系統(tǒng)將點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的所有位置信息上傳至衛(wèi)星，衛(wèi)星通過側(cè)擺來調(diào)整星載遙感相 機(jī)的視軸，從而對點(diǎn)目標(biāo)所有位置進(jìn)行逐個(gè)跟蹤，此系統(tǒng)或方法依賴于衛(wèi)星的側(cè)擺，其定位 精度也受限制于衛(wèi)星的側(cè)擺定位精度，完成點(diǎn)目標(biāo)的軌跡跟蹤需要上傳大量的位置信息， 造成上傳通信壓力；另一種方法是地面測控系統(tǒng)將預(yù)存點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡各個(gè)位置的指令上 傳至衛(wèi)星，衛(wèi)星將這些指令按照時(shí)間序列逐條發(fā)送給相機(jī)，相機(jī)按照接收的指令序列實(shí)現(xiàn) 對點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)跟蹤，此系統(tǒng)或方法同樣也需要上傳大量指令數(shù)據(jù)，造成上傳統(tǒng) 通信壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種不需要通過衛(wèi)星側(cè) 擺相機(jī)就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)跟蹤的星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)，包括時(shí)間管理單元、指 向控制單元、指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)，其中
[0005] 時(shí)間管理單元，接收地面測控系統(tǒng)發(fā)送的預(yù)知點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的參數(shù)數(shù)據(jù)包、衛(wèi) 星星務(wù)時(shí)間后，提取參數(shù)數(shù)據(jù)包中的跟蹤起始時(shí)間h、跟蹤結(jié)束時(shí)間tend后將參數(shù)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn) 發(fā)給指向控制單元，并以收到的衛(wèi)星星務(wù)時(shí)間作為基準(zhǔn)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)至跟蹤起始時(shí)間 t(!時(shí)控制指向控制單元開始啟動(dòng)跟蹤控制，當(dāng)計(jì)時(shí)至跟蹤結(jié)束時(shí)間tend時(shí)控制指向控制單 元結(jié)束跟蹤控制；所述參數(shù)數(shù)據(jù)包包括跟蹤起始時(shí)間h、跟蹤結(jié)束時(shí)間tend、地面測控系統(tǒng) 將預(yù)知點(diǎn)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡擬合成指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)的角度跟蹤曲線后，進(jìn)行分解得到的俯仰 向跟蹤曲線和滾動(dòng)向跟蹤曲線對應(yīng)的高次多項(xiàng)式的系數(shù)；
[0006] 指向控制單元，接收到參數(shù)數(shù)據(jù)包后進(jìn)行解析并還原得到俯仰向曲線和滾動(dòng)向曲 線，計(jì)算出初始時(shí)刻對應(yīng)的指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置后產(chǎn)生功率驅(qū)動(dòng)信 號，并控制指向鏡電機(jī)伺服到初始時(shí)刻對應(yīng)俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置；將跟蹤起始時(shí)間、 和跟蹤結(jié)束時(shí)間tmd間的時(shí)間長度均分成m份后得到每份的時(shí)間長度，并將其作為指控制 周期At，計(jì)算出每個(gè)控制周期指向鏡電機(jī)需要伺服到的俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置，當(dāng)時(shí) 間管理單元計(jì)時(shí)到曲線跟蹤起始時(shí)間h時(shí)，產(chǎn)生功率驅(qū)動(dòng)信號控制指向鏡電機(jī)伺服到每個(gè) 控制周期對應(yīng)的俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置，當(dāng)時(shí)間管理單元計(jì)時(shí)到曲線跟蹤結(jié)束時(shí)間tend 時(shí)，不再控制指向鏡電機(jī)；
[0007] 指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)，接收指向控制單元發(fā)送的功率驅(qū)動(dòng)信號并調(diào)整遙感相機(jī)的視 軸。
[0008]所述的每個(gè)控制周期指向鏡電機(jī)需要伺服到的俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置為該控 制周期起始時(shí)刻對應(yīng)的俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置。
[0009]所述的控制周期At小于遙感相機(jī)每幀圖像的成像周期，并在計(jì)算及存儲(chǔ)資源允 許的情況下盡量小。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0011] (1)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的相比，不需要通過衛(wèi)星側(cè)擺相機(jī)就能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)目標(biāo) 運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)跟蹤，避免了光軸與視軸傳遞帶來的跟蹤誤差；
[0012] (2)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的相比，使用指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)控制遙感相機(jī)進(jìn)行跟蹤，轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量更小、控制精度更高，提高了跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度；
[0013] (3)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的相比，避免了連續(xù)上傳多條角度跟蹤指令或跟蹤曲線至 遙感相機(jī)，只需要將時(shí)間參數(shù)和跟蹤曲線對應(yīng)的多項(xiàng)式系數(shù)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)包傳輸，就可以 控制遙感相機(jī)完成對點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)跟蹤，通信效率高，減少了跟蹤系統(tǒng)的存儲(chǔ)壓 力；
[0014] (4)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的相比，控制方法簡單、準(zhǔn)確、高效、適用面廣泛，能夠適用 于多種對預(yù)知點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的遙感相機(jī)。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤原理示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)換為指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)俯仰向滾動(dòng)向角度原理圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明跟蹤曲線分段示意圖（以俯仰向?yàn)槔?br>[0018] 圖4為本發(fā)明指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)跟蹤運(yùn)動(dòng)過程示意圖（以俯仰向?yàn)槔?br>【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提出一種可用于遙感相機(jī)內(nèi)的星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)，不需要經(jīng)過衛(wèi)星 側(cè)擺來實(shí)現(xiàn)遙感相機(jī)對點(diǎn)目標(biāo)的捕捉，也不需要上傳衛(wèi)星多條指令來實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)目標(biāo)的跟 蹤，由遙感相機(jī)對預(yù)知運(yùn)動(dòng)軌跡的點(diǎn)目標(biāo)自主跟蹤成像。本發(fā)明跟蹤系統(tǒng)，通過接收預(yù)知點(diǎn) 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的參數(shù)數(shù)據(jù)包，對運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，使遙感相機(jī)實(shí)現(xiàn)對點(diǎn)目標(biāo)自主跟蹤 成像，如圖1所示包括時(shí)間管理單元、指向控制單元、指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)（用于實(shí)現(xiàn)遙感相機(jī) 的視軸的調(diào)整）。
[0020] 本發(fā)明跟蹤系統(tǒng)工作之前，地面測控系統(tǒng)，首先將預(yù)知點(diǎn)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡所對應(yīng) 的視軸變化軌跡，擬合成指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)的角度跟蹤曲線，將指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)的角度跟蹤 曲線分解為俯仰向跟蹤曲線和滾動(dòng)向跟蹤曲線，其中，指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)的角度跟蹤曲線、俯 仰向跟蹤曲線、滾動(dòng)向跟蹤曲線均以時(shí)間為變量，角度為參變量；點(diǎn)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡對應(yīng)的 視軸角度與指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)俯仰向角度、滾動(dòng)向角度之間的具體轉(zhuǎn)換方法如圖2所示，假 定XYZ0為衛(wèi)星所在的軌道坐標(biāo)系（衛(wèi)星慣性坐標(biāo)系），首先將點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡在Y0Z面上 投影，得到點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡與投影之間的夾角并作為對應(yīng)于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的俯仰角a， 其中，如果點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡位于+X軸，則其對應(yīng)的俯仰角a為正，如果點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡位 于一X軸，則其對應(yīng)的俯仰角a為為負(fù)。然后將點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡在軌道坐標(biāo)系X0Z面上投 影，得到點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡與投影之間的夾角并作為對應(yīng)于衛(wèi)星本體坐標(biāo)系滾動(dòng)角e，其中， 如果點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡位于+Y軸，則其對應(yīng)的滾動(dòng)角0為負(fù)，如果點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡位于一 Y，則其對應(yīng)的滾動(dòng)角0為正。最后將得到的對應(yīng)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的俯仰角a、滾動(dòng)角0 轉(zhuǎn)換成指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)跟蹤曲線的俯仰角a胃@#和滾動(dòng)角
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括時(shí)間管理單元、指向控制單元、指向 鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)，其中 時(shí)間管理單元，接收地面測控系統(tǒng)發(fā)送的預(yù)知點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的參數(shù)數(shù)據(jù)包、衛(wèi)星星 務(wù)時(shí)間后，提取參數(shù)數(shù)據(jù)包中的跟蹤起始時(shí)間h、跟蹤結(jié)束時(shí)間tend后將參數(shù)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給 指向控制單元，并以收到的衛(wèi)星星務(wù)時(shí)間作為基準(zhǔn)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)至跟蹤起始時(shí)間tQ時(shí) 控制指向控制單元開始啟動(dòng)跟蹤控制，當(dāng)計(jì)時(shí)至跟蹤結(jié)束時(shí)間!:^時(shí)控制指向控制單元結(jié) 束跟蹤控制；所述參數(shù)數(shù)據(jù)包包括跟蹤起始時(shí)間h、跟蹤結(jié)束時(shí)間tend、地面測控系統(tǒng)將預(yù) 知點(diǎn)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡擬合成指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)的角度跟蹤曲線后，進(jìn)行分解得到的俯仰向跟 蹤曲線和滾動(dòng)向跟蹤曲線對應(yīng)的高次多項(xiàng)式的系數(shù)； 指向控制單元，接收到參數(shù)數(shù)據(jù)包后進(jìn)行解析并還原得到俯仰向曲線和滾動(dòng)向曲線， 計(jì)算出初始時(shí)刻對應(yīng)的指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置后產(chǎn)生功率驅(qū)動(dòng)信號， 并控制指向鏡電機(jī)伺服到初始時(shí)刻對應(yīng)俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置；將跟蹤起始時(shí)間h和 跟蹤結(jié)束時(shí)間tmd間的時(shí)間長度均分成m份后得到每份的時(shí)間長度，并將其作為指控制周 期At，計(jì)算出每個(gè)控制周期指向鏡電機(jī)需要伺服到的俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置，當(dāng)時(shí)間 管理單元計(jì)時(shí)到曲線跟蹤起始時(shí)間h時(shí)，產(chǎn)生功率驅(qū)動(dòng)信號控制指向鏡電機(jī)伺服到每個(gè) 控制周期對應(yīng)的俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置，當(dāng)時(shí)間管理單元計(jì)時(shí)到曲線跟蹤結(jié)束時(shí)間tend 時(shí)，不再控制指向鏡電機(jī)； 指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)，接收指向控制單元發(fā)送的功率驅(qū)動(dòng)信號并調(diào)整遙感相機(jī)的視軸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：所述的每個(gè)控 制周期指向鏡電機(jī)需要伺服到的俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置為該控制周期起始時(shí)刻對應(yīng)的 俯仰向、滾動(dòng)向的角度位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)，其特征在于：所述的控 制周期At小于遙感相機(jī)每幀圖像的成像周期，并在計(jì)算及存儲(chǔ)資源允許的情況下盡量 小。
【專利摘要】一種星上點(diǎn)目標(biāo)軌跡跟蹤系統(tǒng)，包括時(shí)間管理單元、指向控制單元、指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)。地面測控系統(tǒng)將包含曲線方程多項(xiàng)式系數(shù)、曲線跟蹤起始和結(jié)束時(shí)間的數(shù)據(jù)包送至?xí)r間管理單元；時(shí)間管理單元轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包至給指向控制單元，并控制指向控制單元開始啟動(dòng)跟蹤控制計(jì)算；指向控制單元接收到數(shù)據(jù)包并計(jì)算指向鏡電機(jī)俯仰向、滾動(dòng)向角度后控制指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)；指向鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)根據(jù)俯仰向、滾動(dòng)向角度控制指向鏡指向調(diào)整遙感相機(jī)的視軸。本發(fā)明避免了連續(xù)上傳多條角度跟蹤指令至遙感相機(jī)，只需要將時(shí)間參數(shù)和多項(xiàng)式系數(shù)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)包傳輸，就可以控制遙感相機(jī)完成對點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)跟蹤，通信效率高，減少了跟蹤系統(tǒng)的存儲(chǔ)壓力。
【IPC分類】G05D3-12
【公開號】CN104820440
【申請?zhí)枴緾N201510191301
【發(fā)明人】付智紅, 劉冰, 康建兵, 彭宏剛, 周峰
【申請人】北京空間機(jī)電研究所
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月21日