一种星上点目标轨迹跟踪系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及属于光学成像与遥感器技术领域，特别是一种星上点目标轨迹跟踪系 统。
【背景技术】
[0002] 星载遥感相机在随卫星飞行时采用推扫或凝视方式对景物目标的进行成像或者 对预知的点目标进行跟踪成像。传统星上点目标轨迹跟踪系统和方法有两种，一种是地面 测控系统将点目标运动轨迹的所有位置信息上传至卫星，卫星通过侧摆来调整星载遥感相 机的视轴，从而对点目标所有位置进行逐个跟踪，此系统或方法依赖于卫星的侧摆，其定位 精度也受限制于卫星的侧摆定位精度，完成点目标的轨迹跟踪需要上传大量的位置信息， 造成上传通信压力；另一种方法是地面测控系统将预存点目标运动轨迹各个位置的指令上 传至卫星，卫星将这些指令按照时间序列逐条发送给相机，相机按照接收的指令序列实现 对点目标运动轨迹的连续跟踪，此系统或方法同样也需要上传大量指令数据，造成上传统 通信压力。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种不需要通过卫星侧 摆相机就能自动实现对点目标运动轨迹的连续跟踪的星上点目标轨迹跟踪系统。
[0004] 本发明的技术解决方案是：一种星上点目标轨迹跟踪系统，包括时间管理单元、指 向控制单元、指向镜电机机构，其中
[0005] 时间管理单元，接收地面测控系统发送的预知点目标运动轨迹的参数数据包、卫 星星务时间后，提取参数数据包中的跟踪起始时间h、跟踪结束时间tend后将参数数据包转 发给指向控制单元，并以收到的卫星星务时间作为基准开始计时，当计时至跟踪起始时间 t(!时控制指向控制单元开始启动跟踪控制，当计时至跟踪结束时间tend时控制指向控制单 元结束跟踪控制；所述参数数据包包括跟踪起始时间h、跟踪结束时间tend、地面测控系统 将预知点目标的运动轨迹拟合成指向镜电机机构的角度跟踪曲线后，进行分解得到的俯仰 向跟踪曲线和滚动向跟踪曲线对应的高次多项式的系数；
[0006] 指向控制单元，接收到参数数据包后进行解析并还原得到俯仰向曲线和滚动向曲 线，计算出初始时刻对应的指向镜电机机构俯仰向、滚动向的角度位置后产生功率驱动信 号，并控制指向镜电机伺服到初始时刻对应俯仰向、滚动向的角度位置；将跟踪起始时间、 和跟踪结束时间tmd间的时间长度均分成m份后得到每份的时间长度，并将其作为指控制 周期At，计算出每个控制周期指向镜电机需要伺服到的俯仰向、滚动向的角度位置，当时 间管理单元计时到曲线跟踪起始时间h时，产生功率驱动信号控制指向镜电机伺服到每个 控制周期对应的俯仰向、滚动向的角度位置，当时间管理单元计时到曲线跟踪结束时间tend 时，不再控制指向镜电机；
[0007] 指向镜电机机构，接收指向控制单元发送的功率驱动信号并调整遥感相机的视 轴。
[0008]所述的每个控制周期指向镜电机需要伺服到的俯仰向、滚动向的角度位置为该控 制周期起始时刻对应的俯仰向、滚动向的角度位置。
[0009]所述的控制周期At小于遥感相机每帧图像的成像周期，并在计算及存储资源允 许的情况下尽量小。
[0010] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0011] (1)本发明与现有技术的相比，不需要通过卫星侧摆相机就能自动实现对点目标 运动轨迹的连续跟踪，避免了光轴与视轴传递带来的跟踪误差；
[0012] (2)本发明与现有技术的相比，使用指向镜电机机构控制遥感相机进行跟踪，转动 惯量更小、控制精度更高，提高了跟踪系统的跟踪精度；
[0013] (3)本发明与现有技术的相比，避免了连续上传多条角度跟踪指令或跟踪曲线至 遥感相机，只需要将时间参数和跟踪曲线对应的多项式系数数据作为数据包传输，就可以 控制遥感相机完成对点目标运动轨迹的连续跟踪，通信效率高，减少了跟踪系统的存储压 力；
[0014] (4)本发明与现有技术的相比，控制方法简单、准确、高效、适用面广泛，能够适用 于多种对预知点目标进行跟踪的遥感相机。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明星上点目标轨迹跟踪原理示意图；
[0016]图2为本发明点目标运动轨迹转换为指向镜电机机构俯仰向滚动向角度原理图；
[0017] 图3为本发明跟踪曲线分段示意图（以俯仰向为例）；
[0018] 图4为本发明指向镜电机机构跟踪运动过程示意图（以俯仰向为例）。
【具体实施方式】
[0019]本发明提出一种可用于遥感相机内的星上点目标轨迹跟踪系统，不需要经过卫星 侧摆来实现遥感相机对点目标的捕捉，也不需要上传卫星多条指令来实现对点目标的跟 踪，由遥感相机对预知运动轨迹的点目标自主跟踪成像。本发明跟踪系统，通过接收预知点 目标运动轨迹的参数数据包，对运动点目标进行跟踪，使遥感相机实现对点目标自主跟踪 成像，如图1所示包括时间管理单元、指向控制单元、指向镜电机机构（用于实现遥感相机 的视轴的调整）。
[0020] 本发明跟踪系统工作之前，地面测控系统，首先将预知点目标的运动轨迹所对应 的视轴变化轨迹，拟合成指向镜电机机构的角度跟踪曲线，将指向镜电机机构的角度跟踪 曲线分解为俯仰向跟踪曲线和滚动向跟踪曲线，其中，指向镜电机机构的角度跟踪曲线、俯 仰向跟踪曲线、滚动向跟踪曲线均以时间为变量，角度为参变量；点目标的运动轨迹对应的 视轴角度与指向镜电机机构俯仰向角度、滚动向角度之间的具体转换方法如图2所示，假 定XYZ0为卫星所在的轨道坐标系（卫星惯性坐标系），首先将点目标运动轨迹在Y0Z面上 投影，得到点目标运动轨迹与投影之间的夹角并作为对应于卫星本体坐标系的俯仰角a， 其中，如果点目标运动轨迹位于+X轴，则其对应的俯仰角a为正，如果点目标运动轨迹位 于一X轴，则其对应的俯仰角a为为负。然后将点目标运动轨迹在轨道坐标系X0Z面上投 影，得到点目标运动轨迹与投影之间的夹角并作为对应于卫星本体坐标系滚动角e，其中， 如果点目标运动轨迹位于+Y轴，则其对应的滚动角0为负，如果点目标运动轨迹位于一 Y，则其对应的滚动角0为正。最后将得到的对应卫星本体坐标系的俯仰角a、滚动角0 转换成指向镜电机机构跟踪曲线的俯仰角a胃@#和滚动角
【主权项】
1. 一种星上点目标轨迹跟踪系统，其特征在于包括时间管理单元、指向控制单元、指向 镜电机机构，其中 时间管理单元，接收地面测控系统发送的预知点目标运动轨迹的参数数据包、卫星星 务时间后，提取参数数据包中的跟踪起始时间h、跟踪结束时间tend后将参数数据包转发给 指向控制单元，并以收到的卫星星务时间作为基准开始计时，当计时至跟踪起始时间tQ时 控制指向控制单元开始启动跟踪控制，当计时至跟踪结束时间!:^时控制指向控制单元结 束跟踪控制；所述参数数据包包括跟踪起始时间h、跟踪结束时间tend、地面测控系统将预 知点目标的运动轨迹拟合成指向镜电机机构的角度跟踪曲线后，进行分解得到的俯仰向跟 踪曲线和滚动向跟踪曲线对应的高次多项式的系数； 指向控制单元，接收到参数数据包后进行解析并还原得到俯仰向曲线和滚动向曲线， 计算出初始时刻对应的指向镜电机机构俯仰向、滚动向的角度位置后产生功率驱动信号， 并控制指向镜电机伺服到初始时刻对应俯仰向、滚动向的角度位置；将跟踪起始时间h和 跟踪结束时间tmd间的时间长度均分成m份后得到每份的时间长度，并将其作为指控制周 期At，计算出每个控制周期指向镜电机需要伺服到的俯仰向、滚动向的角度位置，当时间 管理单元计时到曲线跟踪起始时间h时，产生功率驱动信号控制指向镜电机伺服到每个 控制周期对应的俯仰向、滚动向的角度位置，当时间管理单元计时到曲线跟踪结束时间tend 时，不再控制指向镜电机； 指向镜电机机构，接收指向控制单元发送的功率驱动信号并调整遥感相机的视轴。
2. 根据权利要求1所述的一种星上点目标轨迹跟踪系统，其特征在于：所述的每个控 制周期指向镜电机需要伺服到的俯仰向、滚动向的角度位置为该控制周期起始时刻对应的 俯仰向、滚动向的角度位置。
3. 根据权利要求1或2所述的一种星上点目标轨迹跟踪系统，其特征在于：所述的控 制周期At小于遥感相机每帧图像的成像周期，并在计算及存储资源允许的情况下尽量 小。
【专利摘要】一种星上点目标轨迹跟踪系统，包括时间管理单元、指向控制单元、指向镜电机机构。地面测控系统将包含曲线方程多项式系数、曲线跟踪起始和结束时间的数据包送至时间管理单元；时间管理单元转发数据包至给指向控制单元，并控制指向控制单元开始启动跟踪控制计算；指向控制单元接收到数据包并计算指向镜电机俯仰向、滚动向角度后控制指向镜电机机构；指向镜电机机构根据俯仰向、滚动向角度控制指向镜指向调整遥感相机的视轴。本发明避免了连续上传多条角度跟踪指令至遥感相机，只需要将时间参数和多项式系数数据作为数据包传输，就可以控制遥感相机完成对点目标运动轨迹的连续跟踪，通信效率高，减少了跟踪系统的存储压力。
【IPC分类】G05D3-12
【公开号】CN104820440
【申请号】CN201510191301
【发明人】付智红, 刘冰, 康建兵, 彭宏刚, 周峰
【申请人】北京空间机电研究所
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月21日