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      陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:8256301閱讀:698來源:國知局
      陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng)的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng),它具有視場大、單元眾多、覆蓋空域廣、可靠性高等優(yōu)點,能夠?qū)ε靠臻g碎片進行高精度定位,是一種便于工程實現(xiàn)、性價比很高的空間碎片觀測系統(tǒng),屬于天文觀測技術(shù)領(lǐng)域。
      【背景技術(shù)】
      [0002]空間碎片是指宇宙空間中除正常工作的飛行器外的所有人造物體,大到完成任務(wù)的衛(wèi)星與火箭整體,小到發(fā)動機點火產(chǎn)生的粉末??臻g碎片主要集中分布在高度低于2000km的近地軌道、地球同步軌道以及地球半同步軌道。近年來,人類空間活動越發(fā)頻繁,空間環(huán)境日益惡化。若空間碎片與在軌航天器發(fā)生碰撞,其平均撞擊速度在lOkm/s量級,將直接導(dǎo)致航天器器件損壞或者解體,就會造成數(shù)億元的損失。此外,我國發(fā)射航天器和進行太空試驗也會產(chǎn)生空間碎片,這些空間碎片將對其他國家的在軌航天器造成威脅,一旦發(fā)生碰撞不僅會造成經(jīng)濟糾紛,同時也會產(chǎn)生政治影響。
      [0003]為了保障在軌航天器安全,確保人類航天活動的正常進行,必須對空間碎片進行觀測,確定空間碎片的每一個瞬間在天空中的位置及其變化,為航天器的發(fā)射與在軌運行提供安全保證。
      [0004]空間碎片地基觀測技術(shù)手段主要有雷達技術(shù)和光電觀測技術(shù)。雷達技術(shù)的探測能力與空間碎片斜距的四次方成反比,尚存在一些不足之處:運行成本高、探測距離近、探測精度低,主動發(fā)射信號加上設(shè)備體積龐大,隱蔽性差等,雷達技術(shù)主要用于探測低軌道空間碎片。光電觀測技術(shù)的探測能力與空間碎片斜距的平方成反比,光電觀測技術(shù)具有諸多優(yōu)點:運行成本低、探測距離遠且可探測對雷達隱形的衛(wèi)星、測量精度高、對環(huán)境無污染、被動式觀測,設(shè)備體積小且隱蔽性好等,光電觀測技術(shù)在空間碎片觀測中占有重要的地位。
      [0005]此外,現(xiàn)有光電觀測技術(shù)中的光電望遠鏡,在單位時間內(nèi)只能觀測單個空間碎片,尚未實現(xiàn)多個空間碎片同時觀測。這種工作方式的觀測效率較低,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代空間碎片編目的要求。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的光電望遠鏡在單位時間內(nèi)只能觀測單個空間碎片,觀測效率低的問題,提出陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng),它可以對批量空間碎片進行觀測,可以實現(xiàn)空間碎片的自動識別和高精度定位。
      [0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
      [0008]陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng),該系統(tǒng)包括鏡筒分系統(tǒng)、機架分系統(tǒng)、時間分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)、圖像采集分系統(tǒng)、目標識別與定位分系統(tǒng)和主控分系統(tǒng);主控分系統(tǒng)和伺服分系統(tǒng)之間采用串口通訊方式連接,控制機架分系統(tǒng);機架分系統(tǒng)支撐著鏡筒分系統(tǒng),鏡筒分系統(tǒng)連接圖像采集分系統(tǒng),圖像采集分系統(tǒng)雙向連接主控分系統(tǒng)和目標識別與定位分系統(tǒng),目標識別與定位分系統(tǒng)雙向連接主控分系統(tǒng),時間分系統(tǒng)的輸出連接主控分系統(tǒng)和圖像采集分系統(tǒng);其特征是,所述的機架分系統(tǒng)采用一種簡化的地平式結(jié)構(gòu),只配備一根方位軸;繞方位軸旋轉(zhuǎn),將陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng)指向空間碎片預(yù)報最多的中心方位角;所述的鏡筒分系統(tǒng)由N個鏡筒子系統(tǒng)組成,安裝在一個機架分系統(tǒng)上;N個鏡筒子系統(tǒng)按照一定陣列結(jié)構(gòu)進行排列組合,各個鏡筒子系統(tǒng)仰角相同,處于一個水平面上,監(jiān)視空域相互連接在一起。
      [0009]所述的鏡筒子系統(tǒng)采用小口徑、大視場的折射式光學(xué)結(jié)構(gòu),且均配備一臺大靶面科學(xué)級CCD相機,收集空間碎片反射太陽光的光子和背景恒星的光子,實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)視天區(qū)的最大化。
      [0010]所述的時間分系統(tǒng)為圖像采集分系統(tǒng)和主控分系統(tǒng)提供CCD相機曝光開始和結(jié)束時刻的時間信息,包括協(xié)調(diào)世界時時間系統(tǒng)中的年、月、日、時、分、秒、毫秒,精確到0.1ms0
      [0011]所述的主控分系統(tǒng)是系統(tǒng)中樞,負責(zé)觀測任務(wù)調(diào)度、發(fā)布圖像采集指令、定位結(jié)果顯示與存儲、生成觀測任務(wù)計劃和觀測執(zhí)行情況報告等,每隔一段時間計算空間碎片預(yù)報最多的方位角,驅(qū)動機架分系統(tǒng)繞方位軸旋轉(zhuǎn),將陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng)指向空間碎片預(yù)報最多的中心方位角,實現(xiàn)觀測空間碎片數(shù)量的最大化。
      [0012]本發(fā)明的有益效果是:
      [0013]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)批量空間碎片的自動識別和高精度定位,從而實現(xiàn)批量空間碎片編目。該系統(tǒng)具有視場大、單元眾多、覆蓋空域廣、可靠性高等優(yōu)點,能夠?qū)ε靠臻g碎片進行高精度定位,是一種便于工程實現(xiàn)、性價比很高的空間碎片觀測系統(tǒng)。
      【附圖說明】
      [0014]圖1是本發(fā)明陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng)示意圖。
      【具體實施方式】
      [0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
      [0016]如圖1所示,陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng),由以下七個分系統(tǒng)組成:鏡筒分系統(tǒng)、機架分系統(tǒng)、時間分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)、圖像采集分系統(tǒng)、目標識別與定位分系統(tǒng)以及主控分系統(tǒng)。其中,主控分系統(tǒng)和伺服分系統(tǒng)之間采用串口通訊方式連接,控制機架分系統(tǒng);機架分系統(tǒng)支撐著鏡筒分系統(tǒng),鏡筒分系統(tǒng)連接圖像采集分系統(tǒng),圖像采集分系統(tǒng)雙向連接主控分系統(tǒng)和目標識別與定位分系統(tǒng),目標識別與定位分系統(tǒng)雙向連接主控分系統(tǒng),時間分系統(tǒng)的輸出連接主控分系統(tǒng)和圖像采集分系統(tǒng)。
      [0017]鏡筒分系統(tǒng)由N個鏡筒子系統(tǒng)組成,安裝在一個機架分系統(tǒng)上#個鏡筒子系統(tǒng)按照一定陣列結(jié)構(gòu)進行排列組合,各個鏡筒子系統(tǒng)仰角相同,處于一個水平面上,監(jiān)視空域相互連接在一起。
      [0018]鏡筒子系統(tǒng)采用小口徑、大視場的折射式光學(xué)結(jié)構(gòu),且均配備一臺大靶面科學(xué)級CCD(Charge Coupled Device,電荷親合器件)相機,收集空間碎片反射太陽光的光子和背景恒星的光子,實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)視天區(qū)的最大化。
      [0019]機架分系統(tǒng)采用一種簡化的地平式結(jié)構(gòu),只配備一根方位軸;繞方位軸旋轉(zhuǎn),將陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測系統(tǒng)指向空間碎片預(yù)報最多的中心方位角。其中心方位角是通過主控分系統(tǒng)分析計算獲得的。
      [0020]時間分系統(tǒng)為圖像采集分系統(tǒng)和主控分系統(tǒng)提供CCD相機曝光開始和結(jié)束時刻的時間信息,包括協(xié)調(diào)世界時時間系統(tǒng)中的年、月、日、時、分、秒、毫秒,精確到0.1msO
      [0021]伺服分系統(tǒng)根據(jù)主控分系統(tǒng)的指令驅(qū)動方位軸旋轉(zhuǎn),并按照一定的頻率將方位軸位置、速度、加速度等信息反饋給主控分系統(tǒng)。
      [0022]圖像采集分系統(tǒng)由N個圖像采集子系統(tǒng)組成,每一個圖像采集子系統(tǒng)按照主控分系統(tǒng)的指令對指定的天區(qū)進
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