空间全景态式感知卫星及其设计方法和应用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星技术领域和空间态势感知技术领域，具体涉及一种空间全景态式 感知卫星及其设计方法和应用方法。
【背景技术】
[0002] 空间维护技术是目前航天技术领域研究的热点。对目标航天器的监测是空间维护 技术的一项重要的支撑技术。目前在对目标航天器进行监测时，通常需要对目标航天器进 行绕飞、掠飞、伴飞等操作。执行此类操作多采取依赖姿态控制和轨道控制同时进行的方 式，使得观测航天器在相对目标航天器运动的同时保持其相机观测的特征轴沿视线方向指 向目标。该操作方式导致了观测星的控制算法复杂，且观测相机对卫星平台控制系统的响 应速度、响应能力以及控制精度的要求更加苛刻。
[0003] 本发明公布的一类观测卫星能够对周围空间进行全景态势感知，监测目标航天器 时，适用于观测星同目标航天器之间任意的相对姿态，目标航天器一直处于观测卫星的视 场中。所以在不需要特别考虑观测姿态指向的情形下，本发明实现了观测星对目标航天器 的监测。这种方法在较大程度上降低了观测相机对姿态控制系统的要求，简化了姿态控制 系统的设计。
[0004] 该背景下，支撑本发明的关键技术有两个:卫星平台设计技术、多相机成像全景合 成技术。卫星平台需要为观测相机提供电力、热防护等保障，同时需要同相机进行数据传 输。多相机成像全景合成技术将相机的图像拼接为整个空间的全景成像图像。目前卫星平 台的设计理论和设计方法相对成熟，合理设计卫星平台能够满足相机的电力、热控等需求。 图像拼接的方法已经成熟，但在多相机空间全景成像的拼接技术领域，国内外仍处于探索 阶段。在民用领域，基于多相机的全景拼接相机已经有产品上市，这些产品多数有图像畸变 相对严重等不足。目前在空间态势感知飞行器总体设计领域，尚未发现同本发明类似的设 计思想。同时该领域尚未收集到国内外类似的资料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种设计简单，拍摄清晰全面的全景态式感知卫星。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种空间全景态式感知卫星的设计方法，包 括以下步骤：
[0007] S1.0、提供卫星平台和相机；
[0008] S1. 1、定义卫星布局坐标系xyz、观测特征坐标系1。1^。1^。11、相机编号11、相机安装坐 标( Xn，yn，zn)和坐标转换矩阵Τ?，η为大于或等于1的整数；
[0009] S1.2、根据卫星布局坐标系xyz和相机安装坐标将相机安装在卫星平台上；S1.3、 根据坐标转换矩阵T?确定相机的观测特征轴;并调整相机的朝向。
[0010] 作为优选的，卫星布局坐标系xyz和观察特征坐标系XcnycnZcn为右手坐标系。
[0011] 作为优选的，所有相机的观测特征轴的法平面形成一个正十二面体。
[0012] 本发明还提供了一种空间全景态式感知卫星，通过上述其中一项的空间全景态式 感知卫星的设计方法得到;包括所述卫星平台和相机；
[0013] 所述相机安装在所述卫星平台的表面上。
[00M]作为优选的，相机的观测特征轴指向在空间均勾分布。
[0015] 作为优选的，所有相机的观测特征轴的法平面形成一个正十二面体。
[0016] 作为优选的，相机的视场角为90°。
[0017]作为优选的，卫星平台以边长为1的正方体为基准设计，相机安装在卫星平台上下 表面的面心和棱上。
[0018] 本发明还提供了一种航天器空间全景成像方法，采用上述任意一种空间全景态式 感知卫星，包括以下步骤：
[0019] S2.1、在接收到监测指令后，由外部控制系统控制空间全景态式感知卫星移动至 待测航天器周边，识别待测航天器；
[0020] S2.2、空间全景态式感知卫星按照外部控制系统预设的绕转轨道绕待测航天器转 动，并记录待测航天器周边影像；
[0021] S2.3、完成监测后，由外部控制系统控制空间全景态式感知卫星返回待命区域。
[0022] 作为优选的，在步骤S2.1完成后，外部控制系统控制空间全景态式感知卫星打开 相机;在步骤S2.2完成后，外部控制系统控制空间全景态式感知卫星关闭相机。
[0023] 本发明相比现有技术的空间全景态式感知卫星及其设计方法和应用方法，具有以 下优点：
[0024] 1、能够对周围空间进行全景态势感知，避免了卫星对目标航天器定向的需求。
[0025] 2、设计步骤简化，通过建立坐标轴以及坐标轴变换矩阵来确定相机和相机特征轴 的朝向，设计方法简便。
[0026] 3、相邻两个相机拍摄的重合范围大，降低后续拼接的难度。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明一实施例中十二个相机的观测指向法平面在空间的分布构成正十二 面体的示意图，图中仅给出了其中六个可见法平面的观测轴；
[0028] 图2为本发明一实施例中星上全景态势感知卫星相机的安装坐标系与星箭安装坐 标系示意图；
[0029]图3为本发明一实施例中3号相机与9号相机在观测距离为501时两相机视场重叠 情形不意图；
[0030] 图4为本发明一实施例中态势感知卫星在轨对目标航天器进行绕飞监测的流程示 意图。
【具体实施方式】
[0031] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实 施方式进行详细的阐述。
[0032] 本发明的一种实施方式提供了一种空间全景态式感知卫星，其采用的设计方法包 括以下步骤：
[0033] SI ·0、提供卫星平台和相机；
[0034] S1. 1、定义卫星布局坐标系xyz、观测特征坐标系1#。^。"、相机编号11、相机安装坐 标(Xn，yn，Zn)和坐标转换矩阵Τ?，η为大于或等于1的整数；
[0035] S1.2、根据卫星布局坐标系xyz和相机安装坐标将相机安装在卫星平台上；
[0036] S1.3、根据坐标