【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器在轨维护，尤其涉及一种基于巡游机器人的x射线三维成像系统及成像方法。
技术介绍
1、航天器在系统组成和技术方面有许多显著的特点，属于技术密集的、复杂的高技术产品。但是，航天器在轨工作时受着空间环境各种摄动力的作用，在真空、失重、高低温和强辐射且充满未知干扰因素的恶劣太空环境下运行，使其设计寿命期大大缩短，加速老化故障频发。如日本2006年9月发射的地球观测卫星“光学2号”，在工作8个月后发生故障和地面失去联系，最终导致这颗价值为5.87亿美元的侦查卫星变成太空垃圾。
2、因此，对于长期在轨运行的航天器，为了避免某些身机部件发生故障而引起整个系统瘫痪，需要进行定期进行在轨检测，及时排查与处理航天器可能故障，从而保证其安全可靠地完成任务，避免因故障报废造成巨大损失。然而，传统航天器故障检测主要通过地面遥测，其可靠性差，且无法保证实时排查故障。
3、目前，传统地面三维x射线无损检测系统，如申请号为201410799111.3的中国专利技术专利，采用大锥角扫描成像技术，x射线源和探测器固定不动，通过检测物体放置于转台上匀速转动，从而实现三维无损检测，但是，在对空间目标(航天器)在三维x射线无损检测的应用场景下，需要目标航天器自身控制绕轴转动，无法实现对非合作故障航天器的在轨检测；
4、或者如申请号为202211446518.9的中国专利技术专利，检测物体固定不动，x射线源和探测器分别放置在c型滑轨(或机械臂)两端围绕检测物体运动，采集不同角度透过检测物体的二维投影图像，利用重建算法
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于巡游机器人的x射线三维成像系统及成像方法，x射线源和探测器在一台巡游机器人上的集成化设计，从而降低了系统操控复杂性能，提高了整体可靠性，更利于在航天器在轨进行三维扫描检测，适用于卫星、空间站和飞船等航天器在轨三维无损检测。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种基于巡游机器人的x射线三维成像系统，包括：
3、吸附于航天器且可在所述航天器上自由移动的巡游机器人；
4、x射线源，设置于所述巡游机器人的一个面上；
5、大面阵x探测器，设置于所述巡游机器人上，与所述x射线源位于同一面上；
6、控制系统，用于控制所述x射线源和所述大面阵x探测器，接收所述大面阵x探测器的输出信号，输出扫描图像；
7、所述控制系统还用于控制所述巡游机器人移动，所述巡游机器人在移动过程中，设置有所述x射线源的面始终保持面向所述航天器。
8、根据本专利技术的一个技术方案，所述x射线源包括小焦斑x射线源模块和竖向扫描机构，所述x射线源发射线状高亮度x射线束，形成对所述航天器的竖直方向逐点扫描，并获取对应的空间位置信息。
9、根据本专利技术的一个技术方案，所述控制系统还用于控制所述x射线源的出射x射线的能量、强度、出射光斑的形状和尺寸；
10、通过出射x射线的能量大小调整探测深度，通过出射x射线的强度调整背散射信号的强度，
11、通过出射光斑的形状和尺寸调整扫描图像的空间分辨率。
12、根据本专利技术的一个技术方案，所述大面阵x探测器包括大面阵阵列型闪烁体和光电探测单元，
13、所述大面阵x探测器用于将散射的x射线，通过荧光光子，最终转变为电信号读出。
14、根据本专利技术的一个技术方案，所述控制系统包括控制模块、数据处理模块和通信模块，
15、所述控制模块用于对所述x射线源和所述巡游机器人的进行控制及监测各部件的工作状态；
16、所述通信模块用于上传所述x射线源、所述巡游机器人和大面阵x探测器的工作状态；
17、所述数据处理模块用于接收所述大面阵x探测器的输出信号并进行图像处理，输出扫描图像。
18、根据本专利技术的一个技术方案，所述x射线源包括还包括一个可告诉旋转的斩波轮。
19、根据本专利技术的一个技术方案，所述控制系统还包括：
20、故障诊断模块，用于基于所述扫描图像完成所述航天器的对应区域的故障判断，得到故障信息，
21、所述故障信息包括故障元件位置、故障类别和故障程度。
22、根据本专利技术的一个技术方案，所述通信模块还用于将所述故障信息及对应的所述扫描图像发送至主星或地面控制中心。
23、根据本专利技术的一个方面，提出了一种利用如上述技术方案中任一项所述的基于巡游机器人的x射线三维成像系统的三维成像方法，包括以下步骤：
24、步骤s10、初始化成像系统，判断所述x射线源是否满足出束条件；
25、步骤s20、所述控制系统控制所述x射线源出束，通过接收所述航天器的背散射信号，获取线状一维图像；
26、步骤s30、所述控制系统控制所述巡游机器人沿水平方向匀速平移，初步识别所述航天器的故障区域；
27、步骤s40、所述控制系统控制所述巡游机器人执行俯仰、旋转或平移，对故障区域进行精确扫描，构建故障区域三维图像。
28、本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
29、根据本专利技术的方案，利用背散射成像技术，将x射线源和大面阵x探测器一体化集成在巡游机器人上，解决了传统x射线无损测量中，需要对分离x射线源和探测器进行精确协同控制才能成像的问题；从而降低了系统操控复杂性能，提高了在轨运行整体可靠性，有利于在轨无损检测载荷小型化，对于在轨故障检测及维护等具有重要的意义。
30、进一步地，利用飞点扫描技术，解决了传统空间x射线成像系统需要前端光学透镜或准直器，从而不能轻小型化的问题；同时，大大提升了有效探测面尺寸，提高了单像元接收效率，降低了x射线源功耗，使其更利于空间在轨应用。
31、通过控制系统控制巡游机器人移动，调整巡游机器人上的x射线源和大面阵x探测器相对于航天器的位置及角度，能够获得多幅不同角度的投影图像，完成三维图像的构建，同时，也能够实现航天器上各个位置的三维成像，实现了航天器发生故障元件及其位置的确定和故障识别。
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1.一种基于巡游机器人的X射线三维成像系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于巡游机器人的X射线三维成像系统，其特征在于，所述X射线源包括小焦斑X射线源模块和竖向扫描机构，所述X射线源发射线状高亮度X射线束，形成对所述航天器的竖直方向逐点扫描，并获取对应的空间位置信息。
3.根据权利要求2所述的基于巡游机器人的X射线三维成像系统，其特征在于，所述控制系统还用于控制所述X射线源的出射X射线的能量、强度、出射光斑的形状和尺寸；
4.根据权利要求2所述的基于巡游机器人的X射线三维成像系统，其特征在于，所述大面阵X探测器包括大面阵阵列型闪烁体和光电探测单元，
5.根据权利要求2所述的基于巡游机器人的X射线三维成像系统，其特征在于，所述控制系统包括控制模块、数据处理模块和通信模块，
6.根据权利要求5所述的基于巡游机器人的X射线三维成像系统，其特征在于，所述X射线源包括还包括一个可告诉旋转的斩波轮。
7.根据权利要求5所述的基于巡游机器人的X射线三维成像系统，其特征在于，所述控制系统还包括：
9.一种利用如权利要求1至8中任一项所述的基于巡游机器人的X射线三维成像系统的三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于巡游机器人的x射线三维成像系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于巡游机器人的x射线三维成像系统，其特征在于，所述x射线源包括小焦斑x射线源模块和竖向扫描机构，所述x射线源发射线状高亮度x射线束，形成对所述航天器的竖直方向逐点扫描，并获取对应的空间位置信息。
3.根据权利要求2所述的基于巡游机器人的x射线三维成像系统，其特征在于，所述控制系统还用于控制所述x射线源的出射x射线的能量、强度、出射光斑的形状和尺寸；
4.根据权利要求2所述的基于巡游机器人的x射线三维成像系统，其特征在于，所述大面阵x探测器包括大面阵阵列型闪烁体和光电探测单元，
5.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈新龙，贝晓敏，宋琦，张恒彬，周璐，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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