CN105259905A - 网络化人在回路卫星控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种网络化人在回路卫星控制系统及其控制方法，具备：卫星摄像装置，搭载于卫星上，用于实时获取目标地物的视频图像；地面接收/发送装置，设置于地面，用于实时接收视频图像，并将视频图像传输至计算机装置；计算机装置，设置于地面，包括控制装置和网络化装置，网络化装置与计算机装置相连接，用于将视频图像传入局域网中供用户读取；控制装置用于根据视频图像控制地面接收/发送装置向卫星发出操作指令。本发明提供的卫星所获取的实时视频图像，对卫星进行调整，从而实现了卫星的人在回路控制，使得用户可实现对卫星的灵活控制，从而快速改变观测区域，实现对敏感地区目标按需观测。

Description

网络化人在回路卫星控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及航空宇航技术领域，特别的涉及一种网络化人在回路卫星控制系统及其控制方法。

背景技术

卫星遥感是一种获取对地观测信息的重要技术手段，广泛运用于国土测绘、环境监测、灾害应急和军事行动中。遥感卫星根据所搭载的遥感载荷分为光学遥感和微波遥感卫星两大类。现有的光学遥感通过获取待观察目标的图像来进行遥感控制。

我国的现有天基信息获取卫星一般为战略应用层面，还不能很好地满足面向区域性、突发性的应用任务的迫切需求。已有的对地成像侦察卫星一般只能获取静止图像，并且一般需要提前较长时间制定侦察计划，而且再次观测所需的重访周期较长，难以快速变更观测目标来满足按需观测的需求。尤其是对于自然灾害等突发情况，现有卫星获取该区域实时情况所需观察时间较长。而灾害发生后，通过地面手段获取灾情又受到恶劣天气、道路破坏等客观条件的制约。

同时，常规的对地成像侦察手段从提出信息获取需求到获取有效数据之间时间周期长，数据应用的时效性难以得到保障，很难满足快速响应的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种网络化人在回路卫星控制系统及其控制方法，本发明主要解决了现有技术中卫星系统在进行遥感时，无法根据反馈信息及时作出调整，进而导致遥感监测数据失效性和准确性下降，以及无法多用户同时监控实时视频图像，从而降低遥感精度的技术问题。

本发明一方面提供一种网络化人在回路卫星控制系统，具备：卫星摄像装置，搭载于卫星上，用于实时获取目标地物的视频图像；地面接收/发送装置，设置于地面，用于实时接收视频图像，并将视频图像传输至计算机装置；计算机装置，设置于地面，包括控制装置和网络化装置，网络化装置与计算机装置相连接，用于将视频图像传入局域网中供用户读取；控制装置用于根据视频图像控制地面接收/发送装置向卫星发出操作指令。

进一步地，网络化装置还用于收集局域网中用户发出的控制指令，并通过局域网向控制装置传输控制指令。

进一步地，还具备：视频图像压缩装置或视频图像存储装置，视频图像压缩装置，设置于卫星上，用于对视频图像进行在轨压缩；视频图像存储装置，设置于卫星上，用于对视频图像进行在轨存储。

进一步地，卫星摄像装置为2～6个视频摄像机。

进一步地，卫星还包括用于对卫星姿态进行控制的控制装置，控制装置安装于卫星上，由敏感器和执行器两部分组成，敏感器包括1～2个星敏感器、3～4个单轴光纤陀螺和2～3个模拟太阳敏感器；执行器包括1～3个磁力矩器和3～4个反作用飞轮。

进一步地，局域网包括无线网络和有线网络；控制装置具有可移动性。

进一步地，卫星还包括用于为卫星提供工作温度环境的热控装置，热控装置为涂设于卫星外表面上的黑镍镀层。

本发明另一方面还提供了一种如前述系统的控制方法，包括以下步骤：步骤S1：卫星摄像装置获取目标地物的实时视频图像；步骤S2：将所获取视频图像传输回地面；步骤S3：在局域网内共享视频图像；步骤S4：各用户根据视频图像判断是否需要调整卫星，如果需要调整卫星，则由地面接收/发送装置向卫星发出操作指令；如果不需要调整卫星，则继续获取实时视频图像。

进一步地，步骤S4中的各用户发出的控制指令通过局域网传输。

进一步地，步骤S2中还包括将卫星的遥测参数传输给地面接收/发送装置的步骤。

本发明的优点：

本发明提供的系统能根据实时视频图像对卫星进行调整，从而实现了卫星的人在回路控制。使得用户可实现对卫星的灵活控制，从而快速改变观测区域，实现对敏感地区目标按需观测，利用实时图像数据，用户可以实时判定是否有重要目标的出现，当实时视频图像中出现重要目标时，可以实现实时操作卫星，对重要目标的连续跟踪监视，也可以控制卫星对目标地物进行长时间的凝视成像。从而提高了实时监控的准确性和有效性。同时所得视频图像还可在局域网内共享，从而降低检测人员的劳动强度。

本发明提供的卫星控制方法可实现实时调整卫星，从而提高所获取视频图像的准确性和时效性，实现对目标地物的追踪和长时间的凝视成像。其中的调整对象包括对卫星的姿态和/或卫星摄像装置。

参考根据本发明的网络化人在回路卫星控制系统的各种实施例的如下描述将使得本发明的上述和其他方面显而易见。

附图说明

现在将参考附图更详细地解释本发明，其中：

图1是本发明的优选实施例一的网络化人在回路卫星控制系统示意图；

图2是本发明的优选实施例二的网络化人在回路卫星控制系统示意图；

图3是本发明的优选实施例中的网络化人在回路卫星控制系统卫星控制方法步骤示意图；

图例说明：

110、卫星摄像装置；120、数据传输装置；130、测控装置；200、地面接收/发送装置；300、目标地物；400、计算机装置；410、第一用户；420、第二用户；500、网络化装置。

具体实施方式

参加图1，本发明提供了一种网络化人在回路卫星控制系统，具备：卫星摄像装置110，搭载于卫星上，用于实时获取目标地物300的视频图像；地面接收/发送装置200，设置于地面，用于实时接收视频图像，并将视频图像传输至计算机装置400；计算机装置400，设置于地面，包括控制装置和网络化装置500，网络化装置500与计算机装置400相连接，用于将视频图像传入局域网中供用户读取；控制装置用于根据视频图像控制地面接收/发送装置200向卫星发出操作指令。

本发明提供的控制系统，通过在地面设置能处理实时视频图像的计算机装置400，分析卫星遥测得到的视频图像，通过计算机装置400发出控制指令控制地面接收/发送装置200向卫星发出调整卫星的操作指令，从而实现人在回路地实时控制卫星，获取目标地物300的所需视频图像。避免操作指令根据较早期获得的视频图像作出，影响卫星调整的时效性和准确性。通过获得的动态视频可以基于此视频图像中的序列图像进行图像重构获得更高分辨率的图像，该系统非常适合对动态目标的探测与识别，利用获取的实时视频数据，可实现对动态目标的快速探测识别。本发明中遥感卫星系统可以但不限于微卫星中。此处视频图像的传输可以根据现有方法进行传输，例如可以通过在卫星上搭载具有数据传输功能的装置实现。

通过网络化装置500可在多个用户之间形成数据传输和控制指令的传输。提高多用户协调操作。可以实现对视频图像的共享，提高工作效率。多个用户之间的控制指令可彼此传输，从而易于协调获取最优的控制指令。提高对卫星控制的准确性。此处的网络化装置500可以为但不限于可以为网络路由装置，也可以根据需要专门设计的专用通信设备。参见图1，多个用户可以为第一用户410和第二用户420之间组成的局域网络。将卫星获取的实时视频图像在该局域网内共享。从而实现多个用户同时监测。

当然该卫星为了实现对各部件的搭载和发射以及在轨运行需要也具有常规的卫星结构。如结构与机构分系统具有承受载荷、安装设备、提供构型、与火箭接口对接等功能的部件。这些部件按常规卫星的结构设置即可。

显然本发明提供的控制系统，可以用于其他遥感卫星系统，并不限于获取视频图像的卫星系统。

优选的，该系统还具备视频图像压缩装置或视频图像存储装置，视频图像压缩装置，设置于卫星上，用于对视频图像进行在轨压缩；视频图像存储装置，设置于卫星上，用于对视频图像进行在轨存储。这些在轨处理视频图像的装置能提高卫星的在轨处理能力，扩展了卫星的境外成像和在轨自主目标跟踪能力。具体装置可以为现有常用的各类在轨处理装置。

优选的，所形成的局域网包括无线网络和有线网络。减少视频图像共享的障碍。控制装置具有可移动性。提高视频图像获取的机动性，例如可以为可移动地面接收站。

优选的，卫星结构采用由6块结构板和1块中间结构板组成的方形结构，采用10mm铝合金结构板，结构外表面黑镍镀层、内部彩虹色导电氧化，卫星采用300型分离装置。可以具有较好的在轨拍摄视频效果，保证实时传输视频的清晰度要求。所用铝合金结构板为实心结构。该种结构能够简化卫星对热控的要求，并且能够提高对内部设备的粒子防护。

参见图2，优选的，该系统还具备：测控装置130，搭载于卫星上，用于向地面接收/发送装置200发送卫星的遥测参数，并接收地面接收/发送装置200发出的操作指令。测控装置130一方面可以向地面接收/发送装置200发送卫星的遥测参数，从而为计算机装置400发出控制指令提供更多的分析信息，提高卫星调整的准确性。另一方面测控装置130接收地面接收/发送装置200发出的操作指令，使得对卫星的遥控成为可能。测控装置130需与发送操作指令的地面接收/回发送装置200分开，以保证对卫星的管理和用户能够分开操作。此实施例中也同样包含前述网络化装置500。使用方法与前相同，在此不累述。

优选的，该系统还具备：数据传输装置120，数据传输装置120搭载于卫星上，用于将视频图像传输至地面接收/发送装置200。数据传输装置120主要用于传输视频图像。数据传输装置120的传输带宽可以满足视频数据实时传输能力要求。数据传输装置120可以当然并不限于此地实现对所获取的图像资料进行压缩、后处理等功能，以满足数据实时传输的带宽要求。通过该卫星系统获取的视频图像数据能够通过数传单元实时传输给用户或其它接收单元，可实现对卫星视频图像数据的快速获取和应用。

优选的，计算机装置400还包括分析装置，用于实时分析视频图像。分析装置可以为抓取视频图像中多个保护关键点的图片的装置，也可以为可对视频图像中地形进行分析装置。该分析装置的具体功能可跟就需要进行设置。从而提高对所获取的实时视频图像的分析效率。

优选的，计算机装置400还包括存储装置，用于存储视频图像。以实现对实时视频图像的保存。以便日后查找比对。

优选的，卫星摄像装置110为2～6个视频摄像机。按此数量实装置卫星摄像装置110的数量，能提高光学遥感所得数据对目标地物300动态图像捕捉的准确性，减少距离对所获取视频图像的干扰，提高对目标地物300的识别能力。

优选的，卫星还包括用于对卫星姿态进行控制的控制装置，控制装置安装于卫星上，由敏感器和执行器两部分组成，敏感器包括1～2个星敏感器、3～4个单轴光纤陀螺和2～3个模拟太阳敏感器；执行器包括1～3个磁力矩器和3～4个反作用飞轮。敏感器和执行器的安装方法按常规方法安装。采用该数量的敏感器组合，能实现在获取视频期间对卫星姿态的较好测量，提高成像清晰度。采用该数量的执行器组合，能实现在前述敏感器的控制下，对卫星进行准确的姿态调整，从而在尽可能小的干扰下获得具有较高清晰度的图像视频。按此数量设置反作用飞轮，能提高卫星根据所获取的视频快速调整姿态的精准性。

优选的，卫星还包括用于为卫星的各装置提供工作温度的热控装置，热控装置为涂设于卫星外表面上的黑镍镀层。该热控装置为整星被动热控方式，提供星上设备所需的工作温度环境。

显然的，卫星本身的平台还包括用于接收遥感指令和发送遥感参数的测控装置130，测控装置130安装于卫星上。测控装置130由1个USB应答机和1个UHF(甚高频无线电波)收发机及天线组成。采用该组合，能实现向地面测控站发送卫星的各种遥测参数，并接收地面站遥控指令的功能，当然并不限于此。卫星还包括用于对卫星进行控制的星务管理装置，星务管理装置安装于卫星上。星务管理装置由星载计算机和星务软件两部分组成，具有卫星遥测遥控、状态管理等功能，能够实现对整个卫星的控制。卫星包括用于在卫星升空和运行过程中持续供电的电源装置；电源装置包括供电装置和用于对供电装置进行控制的电源控制装置，供电装置包括安装于卫星上的1个蓄电池和4个太阳级电池阵。采用该数量的电池能保证卫星上所搭载各器件的使用供电需求。保证数据实时传输的需要。按此设置既可以实现发送指令和接收状态信息，还能实现目标确认和跟踪。

参见图3，本发明另一方面还提供了一种上述控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：卫星摄像装置110获取目标地物300的实时视频图像；

步骤S2：将所获取视频图像传输回地面并被接收；

步骤S3：在局域网内共享视频图像；

步骤S4：各用户根据视频图像判断是否需要调整卫星，如果需要调整卫星，则由地面接收/发送装置200向卫星发出操作指令；

如果不需要调整卫星，则继续获取实时视频图像。

该控制方法步骤S1：通过卫星上搭载的卫星摄像装置110获取目标地物300的实时视频图像。

步骤S2：将该视频图像通过数据传输装置120传输至地面接收/发送装置200，之后将所得数据传输至计算机装置400中。

步骤S3：通过计算机装置400用户可对所获取的实时视频图像进行分析，据此视频图像判断是否需要对卫星姿态或/和及其上所搭载的卫星摄像装置110进行调整，以获取所需视频图像。如果需要调整卫星姿态或/和及其上所搭载的卫星摄像装置110进行调整，则由用户操作的计算机装置400向地面接收/发送装置200向发出控制指令，控制地面接收/发送装置200向卫星发出操作指令，操控卫星和/或其上搭载的卫星摄像装置110进行调整。实现对目标地物300的追踪、长时间凝视成像等操作。整个操作过程为人在回路式的操作，可以由用户根据实时获取的数据，对卫星进行实时调整，从而提高获取数据的时效性和准确性。如果不需要调整卫星姿态，则继续获取实时视频图像。

优选的，步骤S4中的各用户发出的控制指令通过局域网传输。对于多用户发出的控制指令可以按以下步骤进行筛选：

1)针对不同用户设置高低有别的控制优先级，控制优先级高的用户指令优先执行，控制优先级低的用户发出的指令需经过优先级高的用户确认后，方可对卫星进行控制。优先级高的用户可以中断低优先级的用户操作，反之则不允许。优先级别的分配可以在计算装置上通过设置服务端程序完成。对于不同的用户，根据预设优先级分配不同的用户代码，通过解析所传输内容中给定的字段，解析得到不同的内容与给定值进行比较，从而判别指令的具体来源用户级别。

2)相同优先级别用户发出的控制指令，以先到达地面接收装置的指令为准。

3)设置一个卫星任务执行时间，如果卫星正在执行该执行时间内的用户指令，则不响应任何用户的控制指令。采用上述方法进行多用户指令的筛选，可以提高操作的准确性和控制效率，实现多用户人在回路控制而不会互相冲突。

优选的，步骤S2中还包括将卫星的遥测参数传输给地面接收/发送装置200的步骤。增加用户获取的信息，有利于用户做出更加准确的判断，从而提高对目标地物300追踪的准确性。

本发明提供的方法和控制系统能使用户实现对卫星的灵活控制，从而快速改变观测区域，实现对敏感地区目标的按需观测，利用实时图像数据，用户可以实时判定是否有重要目标的出现，当出现重要目标时，可以实时操作卫星，实现对重要目标的连续跟踪监视，也可以实现对目标的长时间凝视成像。

本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。

通过对附图，说明书和权利要求书的研究，在实施本发明时本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变形。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他步骤或元素，而不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些措施的事实不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何参考标记不构成对本发明的范围的限制。

Claims (10)

1.一种网络化人在回路卫星控制系统，其特征在于，具备：

卫星摄像装置，搭载于所述卫星上，用于实时获取目标地物的视频图像；

地面接收/发送装置，设置于地面，用于实时接收所述视频图像，并将所述视频图像传输至计算机装置；

所述计算机装置，设置于地面，包括控制装置和网络化装置，所述网络化装置与所述计算机装置相连接，用于将所述视频图像传入局域网中供用户读取；

所述控制装置用于根据所述视频图像控制所述地面接收/发送装置向所述卫星发出操作指令。

2.根据权利要求1所述的网络化人在回路卫星控制系统，其特征在于，所述网络化装置还用于收集所述局域网中所述用户发出的所述控制指令，并通过所述局域网向所述控制装置传输所述控制指令。

3.根据权利要求1或2所述的网络化人在回路卫星控制系统，其特征在于，还具备：所述视频图像压缩装置或所述视频图像存储装置，

所述视频图像压缩装置，设置于所述卫星上，用于对所述视频图像进行在轨压缩；

所述视频图像存储装置，设置于所述卫星上，用于对所述视频图像进行在轨存储。

4.根据权利要求3所述的网络化人在回路卫星控制系统，其特征在于，所述卫星摄像装置为2～6个视频摄像机。

5.根据权利要求3所述的网络化人在回路卫星控制系统，其特征在于，所述卫星还包括用于对所述卫星姿态进行控制的控制装置，所述控制装置安装于所述卫星上，由敏感器和执行器两部分组成，所述敏感器包括1～2个星敏感器、3～4个单轴光纤陀螺和2～3个模拟太阳敏感器；所述执行器包括1～3个磁力矩器和3～4个反作用飞轮。

6.根据权利要求3所述的网络化人在回路卫星控制系统，其特征在于，所述局域网包括无线网络和有线网络；所述控制装置具有可移动性。

7.根据权利要求3所述的网络化人在回路卫星控制系统，其特征在于，所述卫星还包括用于为所述卫星提供工作温度环境的热控装置，所述热控装置为涂设于所述卫星外表面上的黑镍镀层。

8.一种如权利要求1～5中任一项所述系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：卫星摄像装置获取所述目标地物的实时视频图像；

步骤S2：将所获取所述视频图像传输回地面；

步骤S3：在局域网内共享所述视频图像；

步骤S4：各用户根据所述视频图像判断是否需要调整所述卫星，如果需要调整所述卫星，则由所述地面接收/发送装置向所述卫星发出操作指令；

如果不需要调整所述卫星，则继续获取实时所述视频图像。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中的各用户发出的控制指令通过所述局域网传输。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括将所述卫星的遥测参数传输给所述地面接收/发送装置的步骤。