用于空间碎片探测的天基监视平台及其优化控制方法技术

本发明专利技术提供了一种用于空间碎片探测的天基监视平台及其优化控制方法，包括：采用晨昏太阳同步轨道卫星平台，并在卫星平台上配置光学探测传感器，卫星平台与光学传感器进行一体化协同设计。卫星平台采用地心

【技术实现步骤摘要】
用于空间碎片探测的天基监视平台及其优化控制方法


[0001]本专利技术涉及空间碎片监测与天文观测领域，具体地，涉及用于空间碎片探测的天基监视平台及其优化控制方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的发展，空间航天器的数量急剧增加，空间碎片也大量增加。对包括空间碎片、卫星等空间目标的活动态势的收集要求越来越高，需求亦越来越迫切。空间目标广域探测技术主要用于对特定空域进行大范围、持续探测监视，支持批量目标编目定轨，维持编目数据的稳定性。目前空间目标探测技术依赖于地基及天基监视手段。其中，地基系统手段地理布站限制和气象条件限制，对目标的探测覆盖空域和时效性不足。天基监视系统通过组网可有效提高对目标的编目时效性，天基光学探测卫星传感器对目标的探测能力主要取决于目标的光照和探测距离。一天内目标的观测光照相位角(观测位置
‑
空间碎片
‑
太阳的夹角)在0～180
°
范围变化，其中观测光照相位角在0～90
°
时具有较好的观测条件。因此，本专利技术提出了一种一种用于空间碎片探测的天基监视平台及优化控制方法，通过合理的天基监视平台和优化控制方法设计，很好地改善在天基观测条件下对目标的观测能力。
[0003]专利文献CN103675938B(申请号：201310632202.3)公开了一种全空域覆盖双模式一体化天基空间碎片探测系统，包括光学系统、分光元件、探测器阵列、制冷系统。探测器阵列包括可见光探测器阵列和红外探测器阵列，光学系统以及红外探测器阵列分别配置制冷系统。空间碎片目标反射的可见光和自身辐射的红外光由光学系统收集，分光元件将可见光和红外光分成独立的两路，分别到达可见光探测器阵列和红外探测器阵列。制冷系统分别对光学系统以及红外探测器阵列进行制冷。当探测系统对地球阴影区域外空间碎片层探测时，可见光探测器阵列进行成像；当探测系统对处于地球阴影区覆盖的空间碎片层进行探测时，红外探测器阵列进行成像。可见光探测器阵列与红外探测器阵列分时工作，实现空间碎片探测的全空域覆盖。该专利主要涉及全空域覆盖双模式一体化天基空间碎片探测系统，是搭载在天基平台的载荷。
[0004]专利文献CN102042820A(申请号：201010522728.2)公开了一种空间微小碎片的探测方法，属于空间环境探测
探测薄膜由上到下包括俘获碎片层、过渡层和基底材料；俘获碎片层材料为1～4μm厚的Au；基底材料材料为1～3mm厚的石英玻璃，过渡层材料为50～100nm厚的Ir；将探测薄膜搭载在航天器的迎风面和背风面上，经过空间暴露后，携带回地面；地面分析采用二次离子质谱或离子枪剖析下X射线光电子能谱的分析方法，获得探测薄膜分析后数据与空间碎片的相关数据的对应关系；从而获得所俘获碎片的化学组成。该专利主要涉及利用探测薄膜暴露在空间进行微小碎片俘获，并进行测量的载荷。与本专利技术提出的空间碎片探测的天基平台控制方法不同，本专利技术主要是涉及监视平台的设计以及在轨的运行控制方法。
[0005]天基空间碎片远距离广域探测识别与跟踪技术，《空间碎片研究》，2019年12月；该论文主要设计了一种天基空间碎片远距离广域探测、识别和跟踪方案,提出了一种背景稠
密恒星和空间目标长时同步捕获和跟踪方法，侧重在图像目标探测的图影响处理及应用流程等方面；天基空间碎片探测与信息处理仿真系统设计，《空间碎片研究》，2018年3月；该论文介绍了天基空间碎片探测与信息处理仿真系统的主要功能和总体构架,系统硬件/软件设计,并使用碎片识别与轨迹跟踪算法对得到的数据进行仿真，是一种方案设计；空间碎片天基探测相机光学系统设计，《红外与激光工程》，2016年12月；该论文涉及到是光学系统设计；高轨目标监视系统星座设计和探测效能分析，来源于《宇航学报》，2018年12月；该论文主要关于高轨碎片监测星座及效能分析。相关研究内容与本文设计监视平台的设计以及在轨的运行控制方法均不相同。
[0006]本专利技术通过合理设计晨昏太阳同步轨道卫星平台及优化控制方法，可以实现天基平台下对空间碎片的固定光照角度观测，有效提高了对目标的探测效能和碎片监视的稳定性。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于空间碎片探测的天基监视平台及其优化控制方法。
[0008]根据本专利技术提供的一种用于空间碎片探测的天基监视平台，包括：采用晨昏太阳同步轨道卫星平台，并在晨昏太阳同步轨道卫星平台上配置光学探测传感器，光学探测传感器在运行过程中与空间碎片进行自然交会观测。
[0009]优选地，所述光学探测传感器根据任务需求设置为沿轨方向和/或顺光方向。
[0010]优选地，所述光学探测传感器与晨昏太阳同步轨道卫星平台固定连接，不独立做指向机动。
[0011]优选地，还包括：卫星平台帆板，所述卫星平台帆板安装在所述晨昏太阳同步轨道卫星平台上。
[0012]优选地，所述卫星平台帆板沿轨道方向并垂直于光照面安装在所述晨昏太阳同步轨道卫星平台上。
[0013]根据本专利技术提供的一种用于空间碎片探测的天基监视平台优化控制方法，利用上述所述的用于空间碎片探测的天基监视平台执行如下步骤：
[0014]步骤S1：建立地心
‑
晨昏平面基准坐标系O
r
X
r
Y
r
Z
r
，并基于卫星轨道坐标系至地心
‑
晨昏平面基准坐标系转换矩阵得到地心
‑
晨昏平面基准坐标系；
[0015]步骤S2：基于地心
‑
晨昏平面基准坐标系O
r
X
r
Y
r
Z
r
，开展卫星姿态控制，实现满足预设条件的光照条件。
[0016]优选地，所述步骤S1采用：建立地心
‑
晨昏平面基准坐标系O
r
X
r
Y
r
Z
r
，地球晨昏线为坐标平面，+Z
r
轴在此平面内并指向地心方向，+X
r
轴在此平面内与+Z
r
垂直并沿卫星飞行方向，+Y
r
轴与+Z
r
轴，+X
r
轴右手正交；令太阳方向为地心方向为坐标轴的单位矢量定义为：
[0017][0018]优选地，所述卫星轨道坐标系至地心
‑
晨昏平面基准坐标系转换矩阵采用：
[0019][0020][0021][0022][0023]其中，O
o
X
o
Y
o
Z
o
为卫星轨道坐标系；A
ro
为卫星轨道坐标系至地心
‑
晨昏平面基准坐标系转换矩阵。
[0024]优选地，所述步骤S2采用：采用地心
‑
晨昏平面基准坐标系作为卫星姿态闭环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于空间碎片探测的天基监视平台，其特征在于，包括：采用晨昏太阳同步轨道卫星平台，并在晨昏太阳同步轨道卫星平台上配置光学探测传感器，卫星平台与光学传感器进行一体化协同设计。2.根据权利要求1所述的用于空间碎片探测的天基监视平台，其特征在于，所述光学探测传感器根据任务需求设置为卫星本体坐标系O
b
X
b
Y
b
Z
b
下的
±
X
b
和/或+Y
b
方向，或根据需求进行视线偏置设置。3.根据权利要求1所述的用于空间碎片探测的天基监视平台，其特征在于，所述光学探测传感器与晨昏太阳同步轨道卫星平台固定连接，不独立做指向机动。4.根据权利要求1所述的用于空间碎片探测的天基监视平台，其特征在于，卫星太阳帆板平行于卫星本体坐标系O
b
X
b
Y
b
Z
b
下的O
b
X
b
Z
b
平面，并安装于光学传感器的向阳方向。5.根据权利要求1所述的用于空间碎片探测的天基监视平台，其特征在于，卫星平台与光学传感器进行一体化协同设计，卫星平台作为光学传感器遮光设计的一部分，避免太阳光照进入光学传感器本体或视场。6.一种用于空间碎片探测的天基监视平台优化控制方法，其特征在于，利用权利要求1至5任一一项权利要求所述的用于空间碎片探测的天基监视平台执行如下步骤：步骤S1：建立地心
‑
晨昏平面基准坐标系O
r
X
r
Y
r
Z
r
，并基于卫星轨道坐标系至地心
‑
晨昏平面基准坐标系转换矩阵得到地心
‑
晨昏平面基准坐标系；步骤S2：基于地心
‑
晨昏平面基准坐标系O
r
X
r
Y
r
Z
r
，开展卫星姿态控制，实现满足预设条件的光照条件，确保飞行过程中卫星平台本体...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泽鹏，曲耀斌，宋君强，樊炜，杜宁，杨勇，叶小舟，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：