一种基于温度水平的空间相机主动热控方法
【专利摘要】一种基于温度水平的空间相机主动热控方法属于航空航天相机热控制领域，目的在于解决现有技术存在的不能正确控制相机的温度达到平衡的问题。本发明包括以下步骤：采集得到主要光学组件各个区域的温度和其他光学组件的温度；对采集的每组温度进行滤波，得到主要光学组件每个区域的温度平均值和其他每个光学组件的温度平均值；计算主要光学组件自身的温差、主要光学组件与基准温度的温差以及主要光学组件分别和其他光学组件的温差；消除各个温差，使各个光学组件与基准温度达到平衡。本发明通过消除温度异常值，提高温度采集的可靠性，根据空间相机的使用环境设定基准温度，使各个光学组件与基准温度达到平衡，正确控制相机温度达到平衡。
【专利说明】一种基于温度水平的空间相机主动热控方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空航天相机热控制【技术领域】，具体涉及一种基于温度水平的空间相机主动热控方法。
【背景技术】
[0002]由于空间相机进入轨道工作时，受到太阳辐射、地球红外辐射和地球反照及宇宙空间冷黑热沉的交替加热和冷却，当工作姿态变化时，向着太阳的部分与处于太阳阴影中的部分会产生巨大的温差，相机表面各部分接受辐射热量的不均匀性和随时间的变化，将造成其表面温度分布的不均匀和波动，而温度变化对其光学系统成像质量影响也很大。为了保证相机在恶劣的空间环境中正常工作，必须进行合理的热控制设计。
[0003]空间相机热控技术主要分为被动和主动热控两种。其中主动热控技术是一种闭环控制技术，温度控制精度高，在主要结构部件上实施主动控温回路设计，以保持相机在要求的温度范围之内，现有的主动热控方法通过测得的空间相机各光学元件的温度随机消除空间相机各光学兀件之间的温差实现表面温度的均勻分布，该方法随机米集温度存在一定的不确定性及异常值，另外现有主动热控方法采用单一阈值作为温度的控制条件，容易造成温度超调，不能正确控制相机的温度达到平衡。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，解决现有技术存在的不能正确控制相机的温度达到平衡的问题，满足相机工作时对温度的要求。
[0005]为实现上述目的，本发明的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法包括以下步骤:
[0006]步骤一:系统控制器通过测温电路和温度传感器对相机的温度进行η次的采集，分别得到主要光学组件各个区域的温度和其他光学组件的温度；
[0007]步骤二:对步骤一中采集的每组温度进行滤波，剔除异常值，剩余的温度值取平均值，得到主要光学组件每个区域的温度平均值和其他每个光学组件的温度平均值；
[0008]步骤三:计算主要光学组件自身的温差、主要光学组件与基准温度的温差以及主要光学组件分别和其他光学组件的温差；
[0009]步骤四:通过加热器对低温的光学组件进行加热，消除主要光学组件自身的温差、主要光学组件与基准温度的温差以及主要光学组件与其他光学组件的温差，使各个光学组件与基准温度达到平衡。
[0010]步骤四中所述的通过加热器对低温的光学组件进行加热，消除主要光学组件自身的温差、主要光学组件与基准温度的温差以及主要光学组件与其他光学组件的温差具体包括以下步骤:
[0011]步骤a:判断主要光学组件自身的温差是否大于等于主要光学组件自身温差的上阈值，若是，则通过加热器对主要光学组件的低温区域进行加热，则返回步骤一，若否，执行步骤b;分别判断主要光学组件与其他光学组件之间的温差是否大于等于主要光学组件与其他光学组件的温差的上阈值，若是，则通过加热器对其他光学组件进行加热，则返回步骤一，若否，则执行步骤h;
[0012]步骤b:判断是否只有主要光学组件低温区加热，若是，执行步骤C，若否执行步骤e ；
[0013]步骤c:判断主要光学组件自身温差是否小于等于主要光学组件自身温差的下阈值，若否，则返回步骤一，若是，则执行步骤d ；
[0014]步骤d:主要光学组件低温区停止加热，执行步骤e ；
[0015]步骤e:判断主要光学组件与基准温度的温差是否大于等于主要光学组件与基准温度的温差的上阈值，若是，对主要光学组件所有区域进行加热并返回步骤一，若否，执行步骤f;
[0016]步骤f:判断是否主要光学组件所有区域加热并且主要光学组件与基准温度的温差是否小于等于主要光学组件与基准温度的温差的下阈值，若是，执行步骤g，若否，返回步
骤一；
[0017]步骤g:主要光学组件所有区域停止加热，返回步骤一；
[0018]步骤h:判断其他光学组件是否加热并判断主要光学组件与其他光学组件之间的温差是否小于等于主要光学组件与其他光学组件的温差的下阈值，若是，则执行步骤i，若否，返回步骤一；
[0019]步骤1:其他光学组件停止加热，返回步骤一。
[0020]步骤一中所述的η的取值为:η≥5。
[0021]步骤一中所述的主要光学组件各个区域是指主要光学组件周向每隔90°设定一个贴点，每个贴点作为一个区域的温度值。
[0022]步骤二中所述的对步骤一中采集的每组温度进行滤波，剔除异常值，剩余的温度值取平均值具体为:在每组温度的η个数值中去掉一个最大值和最小值，剩余的η-2个温度值取平均值。
[0023]步骤三中所述的主要光学组件自身的温差具体为:主要光学组件的最高温区温度与主要光学组件其他温区温度的差值。
[0024]步骤三中所述的主要光学组件与基准温度的温差具体为:主要光学组件所有温区温度的平均值与基准温度的温差。
[0025]步骤三中所述的主要光学组件与其他光学组件的温差具体为:主要光学组件所有温区温度的平均值与其他光学组件的温差。
[0026]步骤三中所述的基准温度为根据空间相机使用环境而设定的温度值。
[0027]步骤a中所述的主要光学组件自身温差的上阈值具体为:对相机图像质量无本质影响的条件下，允许的主要光学组件自身温差的最大值作为上阈值；步骤c中所述的主要光学组件自身温差的下阈值取主要光学组件自身温差的上阈值的一半。
[0028]步骤a中所述的主要光学组件与其他光学组件的温差的上阈值具体为:对相机图像质量无本质影响的条件下，允许的主要光学组件与其他光学组件的温差的最大值作为上阈值；步骤h中所述的主要光学组件自身温差的下阈值取主要光学组件与其他光学组件的温差的上阈值的一半。[0029]步骤e中所述的主要光学组件与基准温度的温差的上阈值具体为:对相机图像质量无本质影响的条件下，允许的主要光学组件与基准温度的温差的最大值作为上阈值；步骤f中所述的主要光学组件与其他光学组件的温差的下阈值取主要光学组件与基准温度的温差的上阈值的一半。
[0030]本发明的有益效果为:本发明一种基于温度水平的空间相机主动热控方法采集各个位置的温度后通过去掉同一位置多组数据中的最大值和最小值的方式消除温度异常值，提高温度采集的可靠性，根据空间相机的使用环境设定基准温度，进而通过加热器加热的方式消除主要光学组件与基准温度的温差以及主要光学组件与其他光学组件的温差，以上阈值和下阈值作为温度控制条件，可以有效避免温度超调，能够有效控制相机的温度达到平衡，实现空间相机使用环境对温度的要求；通过基准温度的调整，可以实现相机整体温度的调整，正确控制相机温度达到平衡。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法的系统结构框图；
[0032]图2为本发明的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法流程图；
[0033]图3为本发明的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法的温度控制算法；
[0034]图4为本发明的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法温度滤波流程图；
[0035]图5为主镜的温度控制曲线；
[0036]图6为光学组件的温度控制曲线；
[0037]图7为光学组件的温差控制曲线。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0039]参见附图1，实现本发明主动热控方法的主动热控系统具体包括系统控制器、测温电路、温度传感器、加热器、主镜组件、次镜组件和三镜组件。
[0040]主镜组件、次镜组件和三镜组件是相机光学系统的主要组成部分，是相机温度的被控对象；温度传感器作为主镜组件、次镜组件和三镜组件的温度感应元件，通过测温电路实现对温度的测量；加热器作为外部热源，提高主镜组件、次镜组件和三镜组件各个位置的温度；系统控制器作为系统的核心，负责采集和计算主镜组件、次镜组件和三镜组件各个位置的温度，控制各个加热器的开关，对主镜组件、次镜组件和三镜组件的温度进行调整，使相机的温度达到平衡，满足相机工作时对温度的要求。
[0041]通过热分析和热真空试验，可知主镜、次镜、三境组件温度对相机图像质量影响程度，主镜组件温度对图像质量影响最大，次镜组件次之，三镜组件最小，结合相机本身的特性，主镜是相机光学系统中的主要光学组件。
[0042]系统控制器采用型号为SMJ320C30的微处理器；测温电路主要由电压基准单元、热敏电阻、惠斯通电桥、电压放大电路以及A/D转换电路组成；温度传感器采用负温度系数的珠状玻璃密封式半导体热敏电阻MF501 ;本系统采用了恒压分压法来测量热敏电阻的阻值；测温电路采用传统的惠斯通电桥电路。
[0043]热敏电阻MF501阻值与温度的计算公式如式(I)所示:
【权利要求】
1.一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:系统控制器通过测温电路和温度传感器对相机的温度进行η次的采集，分别得到主要光学组件各个区域的温度和其他光学组件的温度； 步骤二:对步骤一中采集的每组温度进行滤波，剔除异常值，剩余的温度值取平均值，得到主要光学组件每个区域的温度平均值和其他每个光学组件的温度平均值； 步骤三:计算主要光学组件自身的温差、主要光学组件与基准温度的温差以及主要光学组件分别和其他光学组件的温差； 步骤四:通过加热器对低温的光学组件进行加热，消除主要光学组件自身的温差、主要光学组件与基准温度的温差以及主要光学组件与其他光学组件的温差，使各个光学组件与基准温度达到平衡。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，步骤四中所述的通过加热器对低温的光学组件进行加热，消除主要光学组件自身的温差、主要光学组件与基准温度的温差以及主要光学组件与其他光学组件的温差具体包括以下步骤: 步骤a:判断主要光学组件自身的温差是否大于等于主要光学组件自身温差的上阈值，若是，则通过加热器对主要光学组件的低温区域进行加热，则返回步骤一，若否，执行步骤b ;分别判断主要光学组件与其他光学组件之间的温差是否大于等于主要光学组件与其他光学组件的温差的上阈值，若是，则通过加热器对其他光学组件进行加热，则返回步骤一，若否，则执行步骤h; 步骤b:判断是否只有主要光学组件低温区加热，若是，执行步骤C，若否执行步骤e ; 步骤c:判断主要光学组件自身温差是否小于等于主要光学组件自身温差的下阈值，若否，则返回步骤一，若是，则执行步骤d ； 步骤d:主要光学组件低温区停止加热，执行步骤e ； 步骤e:判断主要光学组件与基准温度的温差是否大于等于主要光学组件与基准温度的温差的上阈值，若是，对主要光学组件所有区域进行加热并返回步骤一，若否，执行步骤f ; 步骤f:判断是否主要光学组件所有区域加热并且主要光学组件与基准温度的温差是否小于等于主要光学组件与基准温度的温差的下阈值，若是，执行步骤g，若否，返回步骤 步骤g:主要光学组件所有区域停止加热，返回步骤一； 步骤h:判断其他光学组件是否加热并判断主要光学组件与其他光学组件之间的温差是否小于等于主要光学组件与其他光学组件的温差的下阈值，若是，则执行步骤i，若否，返回步骤一； 步骤1:其他光学组件停止加热，返回步骤一。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，步骤一中所述的η的取值为:n ^ 5。
4.根据权利要求1所述的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，步骤一中所述的主要光学组件各个区域是指主要光学组件周向每隔90°设定一个贴点，每个贴点作为一个区域的温度值。
5.根据权利要求1所述的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，步骤二中所述的对步骤一中采集的每组温度进行滤波，剔除异常值，剩余的温度值取平均值具体为:在每组温度的η个数值中去掉一个最大值和最小值，剩余的η-2个温度值取平均值。
6.根据权利要求1所述的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，步骤三中所述的主要光学组件自身的温差具体为:主要光学组件的最高温区温度与其他温区温度的差值。
7.根据权利要求1所述的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，步骤三中所述的主要光学组件与基准温度的温差具体为:主要光学组件所有温区温度的平均值与基准温度的温差。
8.根据权利要求1所述的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，步骤三中所述的主要光学组件与其他光学组件的温差具体为:主要光学组件所有温区温度的平均值与其他光学组件的温差。
9.根据权利要求1所述的一种基于温度水平的空间相机主动热控方法，其特征在于，步骤三中所述的基准温度为根据空间相机使用环境而设定的温度值。
【文档编号】G03B17/55GK103616790SQ201310606231
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】于涛 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所