[发明专利]一种用于卫星可视化观测的成像模块选型方法

说明书

本发明涉及一种用于卫星可视化观测的成像模块选型方法，包括如下步骤：计算太阳辐射出射度；计算观测当日太阳在地球大气边沿的辐照度；模拟飞行全程每个观测时刻光源与待观测目标面元法线的夹角和成像模块视轴与待观测目标面元法线的夹角；计算卫星采用典型的俯仰、侧摆、偏航角度沿预设轨道，飞行全程每个观测时刻反射的太阳辐射在光轴方向入瞳辐照度E_e，并从中得到相应的取值范围并将其转换为勒克斯照度范围；根据辐照度动态范围或者勒克斯照度范围选择成像模块。本发明计算方法简单准确，结果可直接作为飞行器可视化遥测系统设计中商业成像模块选型的依据，在完成可视化遥测功能前提下，显著提高效率，降低成本。

技术领域

本发明涉及一种成像模块的选型方法，特别是涉及一种商业成像模块作为监视成像系统对在轨卫星关重部位可视化遥测的选型方法，属于在卫星在轨处理技术领域。

背景技术

卫星系统通常由能源系统、通信系统、载荷系统、姿轨控系统等组成。在轨运行期间，所有单机设备正常工作运转保障了各系统功能实现。目前监测卫星设备健康状态均采用遥测数值量下传，地面接收站解码，通过判读当前时刻所有卫星设备的各项相关数据值，如电流值、电压值、热敏值、热偶值等，实现对卫星设备的实时监测，并且通过判断这些遥测数据值是否在正常范围内来判断卫星设备是否正常运行。针对卫星系统中影响整星能源及功能的关重部件(太阳翼帆板、天线、光学摆镜等)，通过分析遥测数据来判断卫星的健康状态不仅效率低，而且在卫星故障时不能给出最直观的定性结论。

国外美国航空航天局(NASA)和萨里卫星公司开展的可视化遥测系统已完成星箭分离、星星分离等功能，并广泛推广互补金属氧化物半导体(CMOS)相机在轨应用。国内神舟七号伴星及“嫦娥二号”上均搭载有监视功能的相机，但从设计方案和质量成本方面，有较大的劣势，主要体现在现有可视化遥测系统指标参数、产品接口和环境适应条件复杂，不适用于短期工作的可视化遥测系统的广泛应用。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于卫星可视化观测中成像模块的选型方法。该方法根据卫星构型及关重部件几何特性、辐射特性的模型建立，分析计算成像模块选型所需的指标，利用商业货架(Commercial Off-The-Shelf)产品在结构、电子学、通信接口、成像质量和图像处理功能方面二次开发容易等优势，完成成像模块选型，应用于在轨可视化遥测系统的设计。

本发明的技术解决方案是：一种用于卫星可视化观测的成像模块选型方法，该方法包括如下步骤：

(1)、把太阳等效为黑体，由黑体辐射定律，计算太阳辐射出射度M_sλ；

(2)、根据太阳辐射出射度M_sλ，计算观测当日太阳在地球大气边沿的辐照度E_sun；

(3)、模拟卫星采用典型的俯仰、侧摆、偏航角度沿预设轨道飞行，飞行全程每个观测时刻光源与待观测目标面元法线的夹角Θ′₁和成像模块视轴与待观测目标面元法线的夹角Θ′₂；

(4)、计算卫星采用典型的俯仰、侧摆、偏航角度沿预设轨道，飞行全程每个观测时刻反射的太阳辐射在光轴方向入瞳辐照度E_e，并从中得到相应的取值范围[E_emin,E_emax]：

(5)、选择辐照度动态范围包含步骤(4)所得到的光源辐射在光轴方向入瞳辐照度E_e范围[E_emin,E_emax]的成像模块，用于卫星可视化观测。

所述步骤(1)太阳辐射出射度M_sλ为：