陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測(cè)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(cè)系統(tǒng)，它具有視場(chǎng)大、單元眾多、覆蓋空域廣、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)ε靠臻g碎片進(jìn)行高精度定位，是一種便于工程實(shí)現(xiàn)、性價(jià)比很高的空間碎片觀測(cè)系統(tǒng)，屬于天文觀測(cè)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(dòng)機(jī)點(diǎn)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(dòng)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(jí)，將直接導(dǎo)致航天器器件損壞或者解體，就會(huì)造成數(shù)億元的損失。此外，我國發(fā)射航天器和進(jìn)行太空試驗(yàn)也會(huì)產(chǎn)生空間碎片，這些空間碎片將對(duì)其他國家的在軌航天器造成威脅，一旦發(fā)生碰撞不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)糾紛，同時(shí)也會(huì)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(dòng)的正常進(jìn)行，必須對(duì)空間碎片進(jìn)行觀測(cè)，確定空間碎片的每一個(gè)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(yùn)行提供安全保證。
[0004]空間碎片地基觀測(cè)技術(shù)手段主要有雷達(dá)技術(shù)和光電觀測(cè)技術(shù)。雷達(dá)技術(shù)的探測(cè)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(yùn)行成本高、探測(cè)距離近、探測(cè)精度低，主動(dòng)發(fā)射信號(hào)加上設(shè)備體積龐大，隱蔽性差等，雷達(dá)技術(shù)主要用于探測(cè)低軌道空間碎片。光電觀測(cè)技術(shù)的探測(cè)能力與空間碎片斜距的平方成反比，光電觀測(cè)技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn):運(yùn)行成本低、探測(cè)距離遠(yuǎn)且可探測(cè)對(duì)雷達(dá)隱形的衛(wèi)星、測(cè)量精度高、對(duì)環(huán)境無污染、被動(dòng)式觀測(cè)，設(shè)備體積小且隱蔽性好等，光電觀測(cè)技術(shù)在空間碎片觀測(cè)中占有重要的地位。
[0005]此外，現(xiàn)有光電觀測(cè)技術(shù)中的光電望遠(yuǎn)鏡，在單位時(shí)間內(nèi)只能觀測(cè)單個(gè)空間碎片，尚未實(shí)現(xiàn)多個(gè)空間碎片同時(shí)觀測(cè)。這種工作方式的觀測(cè)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(yuǎn)鏡在單位時(shí)間內(nèi)只能觀測(cè)單個(gè)空間碎片，觀測(cè)效率低的問題，提出陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測(cè)系統(tǒng)，它可以對(duì)批量空間碎片進(jìn)行觀測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)空間碎片的自動(dòng)識(shí)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(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括鏡筒分系統(tǒng)、機(jī)架分系統(tǒng)、時(shí)間分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)、圖像采集分系統(tǒng)、目標(biāo)識(shí)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(jī)架分系統(tǒng)；機(jī)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(biāo)識(shí)別與定位分系統(tǒng)，目標(biāo)識(shí)別與定位分系統(tǒng)雙向連接主控分系統(tǒng)，時(shí)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(jī)架分系統(tǒng)采用一種簡(jiǎn)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(cè)系統(tǒng)指向空間碎片預(yù)報(bào)最多的中心方位角；所述的鏡筒分系統(tǒng)由N個(gè)鏡筒子系統(tǒng)組成，安裝在一個(gè)機(jī)架分系統(tǒng)上；N個(gè)鏡筒子系統(tǒng)按照一定陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列組合，各個(gè)鏡筒子系統(tǒng)仰角相同，處于一個(gè)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(chǎng)的折射式光學(xué)結(jié)構(gòu)，且均配備一臺(tái)大靶面科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)，收集空間碎片反射太陽光的光子和背景恒星的光子，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)視天區(qū)的最大化。
[0010]所述的時(shí)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(jī)曝光開始和結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間信息，包括協(xié)調(diào)世界時(shí)時(shí)間系統(tǒng)中的年、月、日、時(shí)、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(fù)責(zé)觀測(cè)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(chǔ)、生成觀測(cè)任務(wù)計(jì)劃和觀測(cè)執(zhí)行情況報(bào)告等，每隔一段時(shí)間計(jì)算空間碎片預(yù)報(bào)最多的方位角，驅(qū)動(dòng)機(jī)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(cè)系統(tǒng)指向空間碎片預(yù)報(bào)最多的中心方位角，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)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(dòng)識(shí)別和高精度定位，從而實(shí)現(xiàn)批量空間碎片編目。該系統(tǒng)具有視場(chǎng)大、單元眾多、覆蓋空域廣、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)ε靠臻g碎片進(jìn)行高精度定位，是一種便于工程實(shí)現(xiàn)、性價(jià)比很高的空間碎片觀測(cè)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(cè)系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0016]如圖1所示，陣列結(jié)構(gòu)型空間碎片光電觀測(cè)系統(tǒng)，由以下七個(gè)分系統(tǒng)組成:鏡筒分系統(tǒng)、機(jī)架分系統(tǒng)、時(shí)間分系統(tǒng)、伺服分系統(tǒng)、圖像采集分系統(tǒng)、目標(biāo)識(shí)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(jī)架分系統(tǒng)；機(jī)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(biāo)識(shí)別與定位分系統(tǒng)，目標(biāo)識(shí)別與定位分系統(tǒng)雙向連接主控分系統(tǒng)，時(shí)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(gè)鏡筒子系統(tǒng)組成，安裝在一個(gè)機(jī)架分系統(tǒng)上#個(gè)鏡筒子系統(tǒng)按照一定陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列組合，各個(gè)鏡筒子系統(tǒng)仰角相同，處于一個(gè)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(chǎng)的折射式光學(xué)結(jié)構(gòu)，且均配備一臺(tái)大靶面科學(xué)級(jí)CCD(Charge Coupled Device，電荷親合器件)相機(jī)，收集空間碎片反射太陽光的光子和背景恒星的光子，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)視天區(qū)的最大化。
[0019]機(jī)架分系統(tǒng)采用一種簡(jiǎn)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(cè)系統(tǒng)指向空間碎片預(yù)報(bào)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(jì)算獲得的。
[0020]時(shí)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(jī)曝光開始和結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間信息，包括協(xié)調(diào)世界時(shí)時(shí)間系統(tǒng)中的年、月、日、時(shí)、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(dòng)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(gè)圖像采集子系統(tǒng)組成，每一個(gè)圖像采集子系統(tǒng)按照主控分系統(tǒng)的指令對(duì)指定的天區(qū)進(jìn)