[發(fā)明專利]一種基于微小衛(wèi)星群獲取目標(biāo)三維圖像信息的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810835498.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-26
• 公開（公告）號(hào): CN109146955B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁源;趙迪;王明明;孫沖;崔堯;馬川;車德佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/70
• 分類號(hào): G06T7/70;G06T15/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 楊博

本發(fā)明公開了一種基于微小衛(wèi)星群獲取目標(biāo)三維圖像信息的方法，包括以下步驟：步驟S1，微小衛(wèi)星群中的各個(gè)微小衛(wèi)星按照預(yù)設(shè)的工作時(shí)間序列進(jìn)行觀測(cè)工作，并且獲取目標(biāo)的圖像信息；步驟S2，根據(jù)微小衛(wèi)星的觀測(cè)區(qū)域與目標(biāo)的相對(duì)軌姿關(guān)系獲取衛(wèi)星觀測(cè)組合；步驟S3，各顆衛(wèi)星觀測(cè)組合獲取到目標(biāo)的圖像信息，并且構(gòu)建目標(biāo)的三維圖像信息，構(gòu)建目標(biāo)在空間環(huán)境中的實(shí)時(shí)模型。通過綜合大量的微小衛(wèi)星所能獲取的圖像，分析與整合關(guān)于目標(biāo)和其所在空間的圖像信息，構(gòu)建相應(yīng)的三維目標(biāo)和空間環(huán)境的模型；克服了單顆微小衛(wèi)星獲取的圖像信息有限而無用的缺點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器姿態(tài)控制技術(shù)領(lǐng)域；具體涉及一種基于微小衛(wèi)星群獲取目標(biāo)三維圖像信息的方法。

背景技術(shù)

隨著航天科技迅速發(fā)展，人造衛(wèi)星、空間站、航天飛機(jī)等航天器相繼投入使用。但是，巨額的費(fèi)用，昂貴的成本一直制約著航天科技的發(fā)展。冷戰(zhàn)結(jié)束后，航天科技逐步從軍事應(yīng)用轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)建設(shè)，商業(yè)運(yùn)作促使航天科技必須降低成本，提高效益。另一方面，微電子技術(shù)的進(jìn)步、輕型材料的研制以及高功率太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)，使得微小衛(wèi)星各種儀器、設(shè)備的微型化有了可能，為微小衛(wèi)星的研制和發(fā)展創(chuàng)造了條件。因此，在上述相關(guān)背景下和科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上，微小衛(wèi)星得到了迅速發(fā)展。

微小衛(wèi)星是有明確用途的新一代衛(wèi)星。其特點(diǎn)是：新技術(shù)含量高、研制周期短、研制經(jīng)費(fèi)低，且可以進(jìn)一步組網(wǎng)，以分布式的星座形成“虛擬大衛(wèi)星”。其主要用于通信、對(duì)地遙感、行星際探測(cè)、科學(xué)研究和技術(shù)試驗(yàn)，與以往的大衛(wèi)星相比，微小衛(wèi)星具有體積小、重量輕、研制周期短、成本低、發(fā)射方式靈活等諸多優(yōu)勢(shì)，然而也帶來了負(fù)載小、功能低、性能差、應(yīng)用方向狹小的缺點(diǎn)。尤其是皮星、飛星等質(zhì)量體積等級(jí)更小的微小衛(wèi)星，其現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域僅為科學(xué)研究和技術(shù)試驗(yàn)領(lǐng)域內(nèi)的科學(xué)或技術(shù)驗(yàn)證，而缺乏實(shí)際功能上的應(yīng)用。

現(xiàn)有皮星或飛星級(jí)別的微小衛(wèi)星，其應(yīng)用載荷一般僅為一臺(tái)常見的商業(yè)相機(jī)，而在實(shí)際應(yīng)用上的結(jié)果往往也是很不理想，一方面，皮星、飛星級(jí)別的微小衛(wèi)星上有限負(fù)載和能源下所應(yīng)用的姿軌控制系統(tǒng)難以保證拍攝獲取圖像信息過程中自身姿態(tài)的穩(wěn)定；另一方面，常見的商業(yè)相機(jī)一般難以避免或消除受到的惡劣太空環(huán)境的影響。多方因素的影響下，單顆微小衛(wèi)星所能獲得的圖像信息往往十分有限、質(zhì)量堪憂而沒有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于微小衛(wèi)星群獲取目標(biāo)三維圖像信息的方法；通過綜合大量的微小衛(wèi)星所能獲取的圖像，分析與整合關(guān)于目標(biāo)和其所在空間的圖像信息，構(gòu)建相應(yīng)的三維目標(biāo)和空間環(huán)境的模型；克服了單顆微小衛(wèi)星獲取的圖像信息有限而無用的缺點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于微小衛(wèi)星群獲取目標(biāo)三維圖像信息的方法，包括以下步驟：步驟S1，微小衛(wèi)星群中的各個(gè)微小衛(wèi)星按照預(yù)設(shè)的工作時(shí)間序列進(jìn)行觀測(cè)工作，并且獲取目標(biāo)的圖像信息；步驟S2，根據(jù)微小衛(wèi)星的觀測(cè)區(qū)域與目標(biāo)的相對(duì)軌姿關(guān)系獲取衛(wèi)星觀測(cè)組合；步驟S3，各顆衛(wèi)星觀測(cè)組合獲取到目標(biāo)的圖像信息，并且構(gòu)建目標(biāo)的三維圖像信息，構(gòu)建目標(biāo)在空間環(huán)境中的實(shí)時(shí)模型。

更進(jìn)一步的，本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

其中步驟S1中還包括調(diào)整微小衛(wèi)星群進(jìn)行姿態(tài)軌道，具體的：建立優(yōu)化姿態(tài)軌道目標(biāo)函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)的滿足條件為：處于觀測(cè)位姿狀態(tài)的微小衛(wèi)星數(shù)量最大和編隊(duì)構(gòu)型最優(yōu)；該目標(biāo)函數(shù)的約束包括：任務(wù)時(shí)間需求約束，微小衛(wèi)星的能源約束，姿態(tài)調(diào)節(jié)空間約束。

其中處于觀測(cè)位姿狀態(tài)的微小衛(wèi)星數(shù)量最大和編隊(duì)構(gòu)型最優(yōu)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：其中c₁,c₂為罰函數(shù)因子；任務(wù)時(shí)間需求約束為：t_time≤t_total；微小衛(wèi)星的能源約束為：fuel_i-consume＜fuel_total；姿態(tài)調(diào)節(jié)空間約束為：其中為微小衛(wèi)星最終姿態(tài)坐標(biāo)矩陣，為衛(wèi)星初始坐標(biāo)矩陣，為基于初始姿態(tài)的工作空間。

其中步驟S2獲取衛(wèi)星觀測(cè)組合的條件包括：微小衛(wèi)星覆蓋目標(biāo)并獲取目標(biāo)的完整圖像信息；衛(wèi)星觀測(cè)組合獲取的目標(biāo)的觀測(cè)區(qū)域最大化。