一种全球多目标全天时实时监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于卫星光学遥感领域，本发明专利技术公开了一种全球多目标全天时实时监测系统及方法。本发明专利技术系统包括机动载体模块，图像采集模块、地面中枢模块，机动载体模块由均匀分布在4个轨道平面上的24颗卫星组成，卫星升交点地方时为10:30，轨道高度为太阳同步轨道。可对多目标同时进行实时的监测，显著提升摄影观测的时间分辨率，达到近似视频的实时监测效果；且通过优化设置遥感星座和用户定制多个观测目标，并对覆盖各个目标的卫星进行姿态机动控制，可以实现对全球多目标同时实施全天时的类视频实时监测。

【技术实现步骤摘要】
一种全球多目标全天时实时监测系统及方法
本专利技术属于卫星光学遥感领域，涉及基于动中成像的全球任意多目标全天时实时监测系统及方法。
技术介绍
天基实时监测，目前仅有地球静止轨道可实现对固定目标的全天时监测，且该轨道覆盖观测范围和空间分辨率受限。由于现有遥感卫星敏捷机动能力不足，若采用常见的太阳同步轨道实现对赤道目标10分钟的重访周期，需要至少20颗卫星，且10分钟的时间分辨率显然不满足实时监测需求。为实现对全球观测覆盖且时间分辨率达到秒级，按传统成像模式必然需要百颗卫星，占用大量空间资源，多年后造成大量太空垃圾。同时传统成像模式仅能沿星下点轨迹且仅能指向飞行方向的半自由度(南北正向)成像。因此按现有传统方式无法满足天基全球全天时多目标实时监测需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供全球多目标全天时实时监测系统及方法，实现对全球多目标同时实施全天时全天候的类视频实时监测，解决了基于常规技术静止轨道监测低轨无法覆盖全球，高轨分辨率低应用受限；以及其他轨道重访周期不能满足实时监测需求等一系列问题。本专利技术的技术方案是：一种全球多目标全天时实时监测系统，包括：机动载体模块，图像采集模块、地面中枢模块；所述机动载体模块由均匀分布在4个轨道平面上的24颗卫星组成，卫星升交点地方时为10:30，轨道高度为太阳同步轨道；图像采集模块：搭载在机动载体模块的卫星上，用于接收地面中枢模块发送的上注观测目标的指令，根据指令采集目标图像，识别目标图像，并将目标图像识别结果发送给地面；地面中枢模块：上注多个观测目标的指令至图像采集模块，实时判断覆盖各观测目标的卫星，控制覆盖各观测目标的卫星所搭载的图像采集模块分别对各观测目标进行实时监测。所述实时判断覆盖各观测目标的卫星的方法为：当前时刻覆盖该目标的卫星为Nij(i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4,5,6)，经过时间t之后，覆盖该目标的卫星为Nim，m由以下公式确定：其中T为卫星绕轨一周的时间，若k>6，则m＝k-6；否则m＝k；其中i为轨道平面编号，将升交点赤经为0的轨道平面编号为1，按照升交点赤经从小到大的顺序依次进行轨道平面编号；j为相同轨道平面内的卫星编号，将观测起始时刻北半球内沿升轨方向最靠近赤道的卫星编号为1，按照沿各轨道平面升轨飞行方向从小到大的顺序依次进行各卫星编号。所述图像采集模块包括：光电转换模块和图像处理模块；光电转换模块：接收地面中枢模块发送的上注指令，改变机动载体模块卫星的姿态机动角度连续采集观测目标所在区域的图像信息，将图像信息转换为数字模拟信号，并发送数字模拟信号给图像处理模块；图像处理模块：接收光电转换模块发送的数字模拟信号，根据地面中枢模块发送的上注指令识别观测目标，并将识别结果发送给地面中枢模块。所述卫星的角速度为6°/s，且角加速度为1.5°/s2。所述各观测目标为静止目标，或速度低于民航客机飞行速度的动态目标；所述每个上注指令包括一个观测目标的物理特征；所述物理特性为观测目标的外形结构信息，光谱反射率和辐射发射率。所述图像采集模块为可见红外微光谱段遥感器。所述可见红外微光谱段遥感器配置双向扫描探测器。一种利用上述系统进行全球多目标全天时实时监测方法，包括步骤如下：1)上注多个观测目标的指令给机动载体模块的卫星；2)分别使用覆盖各观测目标的卫星采集目标图像，识别目标图像，并将目标图像识别结果发送给地面；3)时间t后，判断覆盖各观测目标的卫星；4)使用当前时刻覆盖各观测目标的卫星采集目标图像，识别目标图像，并将目标图像识别结果发送给地面中枢模块；5)重复步骤3)-4)，实施多目标全天时实时监测。所述机动载体模块由均匀分布在4个轨道平面上的24颗卫星组成，卫星升交点地方时为10:30，轨道高度为太阳同步轨道；所述卫星的角速度为6°/s，且角加速度为1.5°/s2。所述判断覆盖各观测目标的卫星的方法为：当前时刻覆盖该目标的卫星为Nij(i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4,5,6)，经过时间t之后，覆盖该目标的卫星为Nim，m由以下公式确定：其中T为卫星绕轨一周的时间，若k>6，则m＝k-6；否则m＝k；其中i为轨道平面编号，将升交点赤经为0的轨道平面编号为1，按照升交点赤经从小到大的顺序依次进行轨道平面编号；j为相同轨道平面内的卫星编号，将观测起始时刻北半球内沿升轨方向最靠近赤道的卫星编号为1，按照沿各轨道平面升轨飞行方向从小到大的顺序依次进行各卫星编号。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)通过配备快响应大力矩控制力矩陀螺使卫星形成超敏捷动中成像能力，在此基础上构建机动载体模块，在任意时刻，机动载体模块的观测范围覆盖全球，从而可实现全球单个或多个目标的实时监测。(2)通过轨道星座的优化选型和参数设计，能够实现星座用星少，仅24颗星便覆盖全球并满足系统功能，相对百星组网节约大量人力物力资源，尤其是空间资源。(3)通过遥感相机具备可见光红外微光一体化探测能力，完成多源图像的采集，从而实现全天时监测能力，不受光照条件的影响。(4)通过同轨道面内卫星均布和编号算法设计，在上注目标信息开始监测后，无需定期与地面通讯确定覆盖卫星，可自行判断并切换覆盖各观测目标的卫星，对目标实施实时监测，达到星上智能调度，节约星地通信资源并更有效的保证目标监测的持续不间断。附图说明图1为轨道倾角与可视幅宽的关系图；图2为姿态机动角度与可视幅宽的关系图；图3为星座设计2D效果图；图4为星下点分布图；图5为相邻轨道3颗星覆盖区域示意图；图6为本专利技术全球多目标实时监测方法流程。具体实施方式机动载体模块设计卫星动态成像实现现有的研究多基于传统的静态成像方式，即卫星对地定向推扫的成像方式。卫星在姿态机动过程中不进行成像，像面空间方位对地固定，相机在地表的推扫速度与星下点速度方向一致。而动中成像即通过姿态的机动实时调整光轴指向，可以实现光轴对地指向不断变化的成像任务。计算公式为：式中，为地面点在WGS84坐标系中的坐标；[XGPSYGPSZGPS]T为成像时刻卫星在GPS坐标系中的位置坐标；为从WGS84坐标系到J2000坐标系的转换矩阵，为从J2000坐标系到星敏坐标系的转换矩阵，为卫星相对于星敏的安置矩阵；[DxDyDz]T、[dxdydz]T分别为GPS相位中心相对卫星坐标系的偏移与相机坐标系相对于卫星坐标系的偏移；表示的是相机相对于卫星的安置矩阵；为像元在像空系中的坐标。卫星配备快响应大力矩控制力矩陀螺(能产生6°/s角速度及1.5°/s2角加速度的姿态机动能力)，从而该卫星能够在轨同时快速持续调整三轴指向，具备动中成像的能力。在一次观测时间内可实现对点目标的多次拍摄，显著提升摄影观测的时间分辨率，达到近似视频的实时监测效果。星座设计全球均匀覆盖和光学遥感的要求需采用太阳同步回归轨道，这样既能覆盖南北高纬度地区，同时太阳方向相对于轨道面基本确定，有利于对地成像。卫星具有姿态机动能力，在相同的轨道高度前提下，重访能力随姿态机动角度的增大而增强；但在姿态机动的情况下，观测距离增加，物体分辨率变差，幅宽变宽，因此二者性能需要这种考虑，轨道类型和轨道参数的确定需主要考虑的因素就是系统对成像目标的重访能力，目标重访能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全球多目标全天时实时监测系统，其特征在于，包括：机动载体模块，图像采集模块、地面中枢模块；机动载体模块由均匀分布在4个轨道平面上的24颗卫星组成，卫星升交点地方时为10:30，轨道高度为太阳同步轨道；图像采集模块：搭载在机动载体模块的卫星上，用于接收地面中枢模块发送的上注观测目标的指令，根据指令采集目标图像，识别目标图像，并将目标图像识别结果发送给地面；地面中枢模块：上注多个观测目标的指令至图像采集模块，实时判断覆盖各观测目标的卫星，控制覆盖各观测目标的卫星所搭载的图像采集模块分别对各观测目标进行实时监测。

【技术特征摘要】
1.一种全球多目标全天时实时监测系统，其特征在于，包括：机动载体模块，图像采集模块、地面中枢模块；机动载体模块由均匀分布在4个轨道平面上的24颗卫星组成，卫星升交点地方时为10:30，轨道高度为太阳同步轨道；图像采集模块：搭载在机动载体模块的卫星上，用于接收地面中枢模块发送的上注观测目标的指令，根据指令采集目标图像，识别目标图像，并将目标图像识别结果发送给地面；地面中枢模块：上注多个观测目标的指令至图像采集模块，实时判断覆盖各观测目标的卫星，控制覆盖各观测目标的卫星所搭载的图像采集模块分别对各观测目标进行实时监测。2.根据权利要求1所述的一种全球多目标全天时实时监测系统，其特征在于，所述实时判断覆盖各观测目标的卫星的方法为：当前时刻覆盖该目标的卫星为Nij,i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4,5,6，经过时间t之后，覆盖该目标的卫星为Nim，m由以下公式确定：k＝j+N，其中T为卫星绕轨一周的时间，若k>6，则m＝k-6；否则m＝k；其中i为轨道平面编号，将升交点赤经为0的轨道平面编号为1，按照升交点赤经从小到大的顺序依次进行轨道平面编号；j为相同轨道平面内的卫星编号，将观测起始时刻北半球内沿升轨方向最靠近赤道的卫星编号为1，按照沿各轨道平面升轨飞行方向从小到大的顺序依次进行各卫星编号。3.根据权利要求2所述的一种全球多目标全天时实时监测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括：光电转换模块和图像处理模块；光电转换模块：接收地面中枢模块发送的上注指令，改变机动载体模块卫星的姿态机动角度连续采集观测目标所在区域的图像信息，将图像信息转换为数字模拟信号，并发送数字模拟信号给图像处理模块；图像处理模块：接收光电转换模块发送的数字模拟信号，根据地面中枢模块发送的上注指令识别观测目标，并将识别结果发送给地面中枢模块。4.根据权利要求2所述的一种全球多目标全天时实时监测系统，其特征在于，所述卫星的角速度为6°/s，且角加速度为1.5°/s2。5.根据权利要求2所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊，李娜，许云飞，李玲，隋叶叶，程少园，孙世君，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11