CN108557114A - 一种分布式遥感卫星 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种分布式遥感卫星，其包括一颗服务星和六颗遥感单元星，且所述服务星和遥感单元星可采用分布式编队模式或合成孔径组合模式。

Description

一种分布式遥感卫星

技术领域

本申请涉及航天测量与控制领域，具体地，本申请涉及一种分布式遥感卫星。

背景技术

随着航天技术及应用需求发展，单个航天器的复杂度和规模不断攀升，不可避免面临发射困难、研制周期长、成本高、抗毁能力差，以及某些特定空间任务(如全球定位导航、超长基线合成孔径等)无法由单一航天器完成等问题，发展分布式航天器系统成为未来趋势。分布式航天器大致可分为两类：模块级分布式和卫星级分布式。

模块级分布式航天器采用分离飞行的功能模块虚拟组成全功能型大卫星。然而，这种方式耗资过多，技术难度大，系统实现困难，所以，还未有典型的成熟应用。

卫星级分布式航天器应用范围较广，在遥感方面可实现宽视场、立体探测、构成虚拟航天器以增大焦距或扩大有效口径(合成孔径)等目标。其中，利用编队飞行实现光学合成孔径对地遥感，要求相位误差控制达到波长级，所以，其技术难度极大，以至于目前还没有成功案例。

因此，本领域急需一种能够成功且低成本地实现光学合成孔径对地遥感的分布式航天器，尤其是分布式遥感卫星。这种卫星能够在轨自主拼接构成合成孔径成像来提高空间分辨率，从而最大化利用空间资源，提升效能，扩展应用，并为面向应急遥感等迫切任务需求提供解决方案。

发明内容

本申请之目的在于提供一种分布式遥感卫星，其包括一颗服务星和六颗遥感单元星，且所述服务星和遥感单元星可以根据工作模式需求采用分布式编队模式或合成孔径组合模式。

为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。

本申请提供了一种分布式遥感卫星，其包括一颗服务星和六颗遥感单元星；

其中所述服务星包括合成孔径成像模块、姿态测量与控制模块、数据通信与共享模块、星间网络协议与数据共享平台、分布式测量与通信模块、电磁分离对接模块以及其他模块化组件(太阳能电池、蓄电池、热控组件等)；以及

其中所述遥感单元星包括高精度智能载荷模块、姿态测量与控制模块、数据通信与共享模块、星间网络协议与数据共享平台、分布式测量与通信模块、电磁分离对接模块以及其他模块化组件(太阳能电池、蓄电池、激光推进、热控组件等)。

在本申请的一种实施方式中，所述服务星还可以包括太阳能电池、蓄电池和热控组件。

在本申请的另一种实施方式中，所述遥感单元星还可以包括太阳能电池、蓄电池、激光推进组件和热控组件。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于，其通过分布式卫星技术，实现模块化卫星快速设计、研制和在轨应用，利用低成本卫星系统实现高性能对地遥感系统，在轨自主拼接构成合成孔径成像来提高空间分辨率，最大化利用空间资源、提升效能、扩展应用，为面向应急遥感等迫切任务需求提供解决方案。

附图说明

图1是本申请的分布式遥感卫星的分布式编队模式的示意图。

图2是本申请的分布式遥感卫星的合成孔径组合模式的示意图。

图3是本申请的遥感单元星产品树图。

图4是本申请的服务星产品树图。

图5是本申请的宽幅成像模式示意图。

图6是本申请的多角度立体成像模式示意图。

图7是本申请的连续监视工作模式示意图。

图8是本申请的合成孔径组合模式的实现方案示意图。

图9是本申请的合成孔径组合模式的系统空间结构示意图，a)为排布示意图，b)为系统仿真示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。

本申请的分布式遥感卫星包括一颗服务星和六颗遥感单元星，且所述服务星和遥感单元星可以根据工作模式需求采用分布式编队模式(如图1所示)或合成孔径组合模式(如图2所示)。

具体而言，所述服务星和所述遥感单元星之间通过星间通信模块进行低速率数据通信，进行相关指令和信息传递；对于大容量数据，所述服务星和所述遥感单元星之间通过星间激光链路进行高速率通信。

在本申请的一个具体实施方式中，所述分布式遥感卫星包括结构模块，热控、能源、通信与数据共享模块，综合电子模块，星间通信与星间测量模块，分离对接模块，姿态与轨道控制模块，高速数传模块，高精度智能化载荷模块，以及服务星上配置的数据处理模块，中继通信模块，和合成孔径成像模块等。

所述高精度智能化载荷模块由可见光成像相机，姿态敏感器以及全球导航卫星系统(GNSS)模块组成。所述可见光成像相机由光学子系统，结构子系统，和电子学子系统组成。如此，所述高精度只能话载荷模块可以实现定姿、定位数据与载荷数据融合以及自主成像实时控制，同时具备对地可见光面阵成像和视频成像功能。

所述可见光成像相机实现对地面的可见光成像、视频成像，并构成合成孔径成像模块中的子相机。所述姿态敏感器主要为星敏感器和陀螺，用于卫星的三轴姿态测量。所述GNSS模块用于实现对卫星的轨道位置测量。

所述合成孔径成像模块位于服务单元星中，通过后继组合光路中的倾斜探测系统和共相探测系统实现对各子相机的共相误差探测，利用共相控制系统的反馈信号来实现对倾斜镜和光程补偿器的动态调整，从而实现对子相机共相误差的校正，最终在合成观测面上获得高分辨率观测图像。

通过自由切换分布式编队工作模式和合成孔径组合工作模式，可以分别满足宽幅成像、连续跟踪、多角度立体成像和高分成像需求。

1)宽幅成像

由于单颗卫星成像受载荷视场限制成像幅宽有限，利用多颗卫星在轨视场拼接(如图5所示)实现超大宽幅成像(>100km)，获取地表超大宽幅图像，实现多星编队协同超大宽幅拼接成像。

2)多角度立体成像

多角度立体成像模式是利用多颗卫星获取同一地物不同视角方向的影像(6角度)，最终利用图像处理技术得到地物立体数字影像(如图6所示)。

3)连续监视工作模式

多颗卫星位于同一轨道面不同相位差，每颗卫星对地物进行凝视成像，当目标超出卫星的凝视观测范围，由下一颗卫星进行接力观测，实现多颗卫星对同一目标或地物的连续成像。

4)合成孔径成像方式

当需要合成孔径系统进行相干高分成像时，则如图8所示的切换镜会移动到光线传输位置，该切换镜将光线导入到共相校正镜中，随后光线被反射后经过光束合成器，经过光束合成器后光线继续向下传输并经过分光镜系统，一部分光反射后经过共相探测系统，一部分光透射后进行合成孔径成像。

●通过切换镜的移动，实现单相机成像与合成孔径成像之间的功能切换；

●通过光束合成器将6个单相机的光束耦合到成像靶面，实现合成孔径成像；

●采用共相探测单元进行共相误差探测，采用共相校正单元进行共相误差校正，实现6个单相机的高分辨干涉成像。

如图9所示为合成孔径组合模式的系统空间结构示意，图a)是排布示意图，图b)是系统仿真示意图。采用合成孔径组合模式，卫星分辨率可由4m@500km提高到1.2m@500km。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (9)

1.一种分布式遥感卫星，其特征在于，包括一颗服务星和六颗遥感单元星，且所述服务星和遥感单元星可采用分布式编队模式或合成孔径组合模式。

2.如权利要求1所述的分布式遥感卫星，其特征在于，所述服务星包括合成孔径成像模块、姿态测量与控制模块、数据通信与共享模块、星间网络协议与数据共享平台、分布式测量与通信模块、和电磁分离对接模块。

3.如权利要求1所述的分布式遥感卫星，其特征在于，所述遥感单元星包括高精度智能载荷模块、姿态测量与控制模块、数据通信与共享模块、星间网络协议与数据共享平台、分布式测量与通信模块、和电磁分离对接模块。

4.如权利要求2所述的分布式遥感卫星，其特征在于，所述服务星还包括太阳能电池、蓄电池和热控组件。

5.如权利要求3所述的分布式遥感卫星，其特征在于，所述遥感单元星还包括太阳能电池、蓄电池、激光推进和热控组件。

6.如权利要求1所述的分布式遥感卫星，其特征在于，所述分布式遥感卫星包括结构模块，热控、能源、通信与数据共享模块，综合电子模块，星间通信与星间测量模块，分离对接模块，姿态与轨道控制模块，高速数传模块，高精度智能化载荷模块，以及服务星上配置的数据处理模块，中继通信模块，和合成孔径成像模块。

7.如权利要求6所述的分布式遥感卫星，其特征在于，所述高精度智能化载荷模块由可见光成像相机，姿态敏感器以及全球导航卫星系统模块组成。

8.如权利要求7所述的分布式遥感卫星，其特征在于，所述可见光成像相机由光学子系统，结构子系统，和电子学子系统组成。

9.如权利要求7所述的分布式遥感卫星，其特征在于，所述姿态敏感器为星敏感器或陀螺。