[發(fā)明專利]基于實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的圖像定位與配準(zhǔn)演示驗(yàn)證系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310143643.7
• 申請(qǐng)日: 2013-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN103309242A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許海玉;董瑤海;呂旺;王皓;沈毅力;邊志強(qiáng);曾擎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號(hào): G05B17/02
• 分類號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種對(duì)星上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法的圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)地面進(jìn)行演示驗(yàn)證及控制的方法。該方法可用于衛(wèi)星圖像定位與配準(zhǔn)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估和演示驗(yàn)證，也可用于衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間的故障判定和反演。

背景技術(shù)

隨著航天遙感對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感衛(wèi)星圖像分辨率越來(lái)越高，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，為了滿足我國(guó)第二代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星觀測(cè)能力更高的需求，衛(wèi)星研制單位提出了在軌應(yīng)用圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)（Image?Navigation?and?Registration，簡(jiǎn)稱INR），以高精度確定氣象云圖中每個(gè)像素的地理位置，為精確天氣預(yù)報(bào)奠定基礎(chǔ)。

在軌進(jìn)行圖像定位與配準(zhǔn)的功能與任務(wù)是，通過(guò)載荷掃描鏡轉(zhuǎn)角增加補(bǔ)償量的方式以消除由衛(wèi)星姿態(tài)、軌道及熱變形帶來(lái)的光軸指向偏差；并且進(jìn)行前饋力矩補(bǔ)償，以抵消由載荷運(yùn)動(dòng)對(duì)平臺(tái)穩(wěn)定性帶來(lái)的影響。在我國(guó)，圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)尚屬空白無(wú)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，亟需有效的試驗(yàn)驗(yàn)證其理論的正確性及可行性。

圖像定位與配準(zhǔn)分系統(tǒng)涉及到數(shù)管分系統(tǒng)、有效載荷分系統(tǒng)、姿軌控分系統(tǒng)、地面遙測(cè)遙控分系統(tǒng)，在各分系統(tǒng)齊全且功能完備的情況下，方能進(jìn)行圖像定位與配準(zhǔn)的測(cè)試驗(yàn)證試驗(yàn)，而采用本發(fā)明方法可方便、快捷、準(zhǔn)確地對(duì)圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行有效的測(cè)試驗(yàn)證。本發(fā)明方法運(yùn)用實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了有效載荷分系統(tǒng)及姿軌控分系統(tǒng)的基本功能，構(gòu)建了一套半物理實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證系統(tǒng)框架，模擬了衛(wèi)星在軌工作狀況，對(duì)圖像定位與配準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證及演示。目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種基于實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的圖像定位與配準(zhǔn)演示驗(yàn)證系統(tǒng)及控制方法，運(yùn)用實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)模擬有效載荷分系統(tǒng)和姿軌控分系統(tǒng)在軌工作情況，采用數(shù)管計(jì)算機(jī)及圖像定位與配準(zhǔn)協(xié)處理電性能單機(jī)構(gòu)造了一套半物理實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)架構(gòu)。

該驗(yàn)證方法可以對(duì)圖像定位與配準(zhǔn)分系統(tǒng)的整星信息流、接口的匹配性進(jìn)行驗(yàn)證；

也可以對(duì)圖像定位與配準(zhǔn)補(bǔ)償算法的正確性及可行性進(jìn)行驗(yàn)證；

也可以用于衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間的故障判定和反演；

也可以在圖像定位與配準(zhǔn)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中提供參考依據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的圖像定位與配準(zhǔn)演示驗(yàn)證系統(tǒng)，包括如下裝置：

數(shù)管計(jì)算機(jī)，用于負(fù)責(zé)接收地面的有效載荷工作指令及初始化參數(shù)設(shè)置；

圖像定位與配準(zhǔn)協(xié)處理器，用于與數(shù)管計(jì)算機(jī)采用共享緩存的方式，進(jìn)行信息的讀寫，運(yùn)行圖像定位與配準(zhǔn)補(bǔ)償算法軟件，實(shí)時(shí)計(jì)算補(bǔ)償量大小；

基于實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的有效載荷模擬器，用于運(yùn)用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)模擬有效載荷分系統(tǒng)在軌工作狀況，根據(jù)有效載荷工作指令實(shí)時(shí)計(jì)算掃描鏡轉(zhuǎn)角，并接收?qǐng)D像定位與配準(zhǔn)協(xié)處理器計(jì)算的補(bǔ)償量，將兩者疊加后通過(guò)內(nèi)部傳遞函數(shù)模擬控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行；

基于實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)與姿軌控模擬器，用于運(yùn)用實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)模擬姿軌控分系統(tǒng)在軌工作狀況，實(shí)時(shí)計(jì)算衛(wèi)星姿態(tài)和軌道參數(shù)作為圖像定位與配準(zhǔn)補(bǔ)償算法的輸入條件，并進(jìn)行前饋力矩補(bǔ)償；

有效載荷工作指令生成工具，用于根據(jù)衛(wèi)星有效載荷不同的工作模式，生成相應(yīng)的工作指令代碼，通過(guò)地面遙測(cè)遙控系統(tǒng)上注到數(shù)管計(jì)算機(jī)；

性能演示驗(yàn)證評(píng)估系統(tǒng)，用于對(duì)數(shù)據(jù)的有效性做出判斷，進(jìn)行演示驗(yàn)證，并對(duì)系統(tǒng)的性能做出評(píng)估；

地面遙測(cè)遙控系統(tǒng)，用于上注有效載荷工作指令和圖像定位與配準(zhǔn)分系統(tǒng)所需要的初始化參數(shù)設(shè)置，并監(jiān)控?cái)?shù)管計(jì)算機(jī)及圖像定位與配準(zhǔn)協(xié)處理器工作狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種權(quán)利要求1所述的基于實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的圖像定位與配準(zhǔn)演示驗(yàn)證系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：有效載荷指令生成工具系統(tǒng)按照有效載荷不同的工作模式生成相應(yīng)的有效載荷工作指令代碼，通過(guò)地面遙測(cè)遙控系統(tǒng)上注到數(shù)管計(jì)算機(jī)；

步驟2：通過(guò)地面遙測(cè)遙控系統(tǒng)設(shè)置圖像定位與配準(zhǔn)協(xié)處理器初始化參數(shù)，并實(shí)時(shí)通過(guò)遙測(cè)和數(shù)傳通道下傳數(shù)管計(jì)算機(jī)及圖像定位與配準(zhǔn)協(xié)處理器工作狀態(tài)參數(shù)；

步驟3：數(shù)管計(jì)算機(jī)及圖像定位與配準(zhǔn)協(xié)處理器在系統(tǒng)運(yùn)行期間，以數(shù)管計(jì)算機(jī)晶振時(shí)間為基準(zhǔn)，通過(guò)系統(tǒng)總線向有效載荷模擬器、動(dòng)力學(xué)與姿軌控模擬器發(fā)送校時(shí)信號(hào)，校時(shí)信號(hào)每隔若干秒鐘發(fā)送一次，遠(yuǎn)程終端收到校時(shí)信號(hào)后與自己的本地時(shí)間做比較，如果時(shí)間差大于第一閾值時(shí)間，則接受數(shù)管計(jì)算機(jī)校時(shí)，修改本地時(shí)間；