CN110304280A - 一种用于空间站的自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的系统中存储装置存储有预设的所述目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据；而检测处理装置检测是否有目标轨道飞行器；获取处理装置在检测到目标轨道飞行器后，获取所述太阳能供电板的表面图像；阴影特征数据处理装置对所述获取的太阳能供电板的表面图像进行解析以检测是否有阴影特征数据；触发处理装置在检测到阴影特征数据后，触发启动环境控制和生命保障系统的电量保障控制；匹配处理装置将所述阴影特征数据与前述预设的目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据进行匹配，若两者匹配，则继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失，可有效避免不必要的空间站实验数据丢失。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，更具体的说，本发明涉及一种用于空间站的自动控制系统。
背景技术
空间站（space station）又称太空站、航天站。是一种在近地轨道长时间运行、可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。
通常，空间站是由太阳能供电板提供运行所需的能量，当轨道飞行器逼近空间站时，逼近的轨道飞行器会将其阴影投射到太阳能供电板上，导致太阳能供电板的能量供应减少，由于太阳能供电板的能量供应减少，空间站控制中心会减少负载，以确保环境控制和生命保障系统的能量供应，进而选择将能量消耗大的实验仓能量关闭，从而导致实验仓收集数据丢失，但实际上轨道飞行器造成的能量供应减少持续时间较短，在此期间并不需要将实验仓能量关闭，导致不必要的实验舱数据丢失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于空间站的自动控制系统，以避免不必要的空间站实验数据丢失。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于空间站的自动控制系统，所述空间站包括有太阳能供电板、由所述太阳能供电板供电的实验仓以及环境控制和生命保障系统，其中，所述实验仓采集实验数据，所述环境控制和生命保障系统控制提供给航天员基本的生活条件和适宜的工作环境，该系统包括：
存储装置，用于存储预设的所述目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据；
检测处理装置，用于检测是否有目标轨道飞行器；
获取处理装置，用于在检测到目标轨道飞行器后，获取所述太阳能供电板的表面图像；
阴影特征数据处理装置，用于对所述获取的太阳能供电板的表面图像进行解析以检测是否有阴影特征数据；
触发处理装置，用于在检测到阴影特征数据后，触发启动环境控制和生命保障系统的电量保障控制；
匹配处理装置，用于将所述阴影特征数据与前述预设的目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据进行匹配，若两者匹配，则继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失。
其中，所述预设的目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据为所述目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影分布区域数据。
其中，所述阴影特征数据处理装置具体可包括：
灰度及分区处理模块，用于对获取的太阳能供电板的表面图像进行灰度及分区处理；
确定处理模块，用于根据获取的灰度值和分区数值确定是否有阴影以及阴影分布区域数据；
保存处理模块，用于将所述确定的阴影分布区域数据保存为阴影特征数据。
另外，还包括：调整处理装置，用于在检测到阴影特征数据后，调整太阳能供电板的姿态，增大太阳能供电板的受晒面积，增加能量供应，使太阳能供电板继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失。
另外，还包括：备份处理装置，用于在检测到目标轨道飞行器后，则对之前收集到的实验仓数据进行备份。
另外，还包括：报警处理装置，用于在检测到目标轨道飞行器后，向空间站的控制中心报警，空间站的控制中心根据报警信息确定太阳能供电板继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失。。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的系统包括存储装置、检测处理装置、获取处理装置、阴影特征数据处理装置、触发处理装置以及匹配处理装置，其中存储装置存储有预设的所述目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据；而检测处理装置检测是否有目标轨道飞行器；获取处理装置在检测到目标轨道飞行器后，获取所述太阳能供电板的表面图像；阴影特征数据处理装置对所述获取的太阳能供电板的表面图像进行解析以检测是否有阴影特征数据；触发处理装置在检测到阴影特征数据后，触发启动环境控制和生命保障系统的电量保障控制；匹配处理装置将所述阴影特征数据与前述预设的目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据进行匹配，若两者匹配，则继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失，可有效避免不必要的空间站实验数据丢失。
附图说明
图1是本发明应用的空间站的一种太阳能供电板示意图；
图2是本发明应用的轨道飞行器投影到太阳能供电板上的一种阴影分布示意图；
图3是本发明一种用于空间站的自动控制系统的第一具体实施例框图；
图4是本发明一种用于空间站的自动控制系统中阴影特征数据处理装置的一个具体实施例框图；
图5是本发明一种用于空间站的自动控制系统的第二具体实施例框图；
图6是本发明一种用于空间站的自动控制系统的第三具体实施例框图；
图7是本发明一种用于空间站的自动控制系统的第四具体实施例框图。
具体实施方式
本发明应用的空间站包括有太阳能供电板、由所述太阳能供电板供电的实验仓以及环境控制和生命保障系统，其中，太阳能供电板是给航天器提供能量的装置，其工作环境为外阻非常小的近真空的太空.具有结构尺寸大、低刚度、高柔性等特点,通常由若干块太阳能电池板组成，参考图1，该图为本发明应用的空间站的一种太阳能供电板示意图，另外，实验仓主要用于采集实验数据，环境控制和生命保障系统主要用于控制提供给航天员基本的生活条件和适宜的工作环境，实际中，空间站还包括其他功能系统，这里不再赘述。
需要说明的，轨道飞行器是在预定的空间轨道飞行的航天飞行器，可为空间站提供运输服务，轨道飞行器的体积是固定的，飞行轨迹是固定且规律的，太阳能供电板的运行轨迹也是规律性的，因此，轨道飞行器投影到太阳能供电板表面形成的阴影其分布区域是可以预先计算得到的，例如，按照比利时天文学家Jean Meeus提出的现代天文算法可计算出轨道飞行器投影到太阳能供电板的阴影区域，参考图2，该图是本发明应用的轨道飞行器投影到太阳能供电板上的一种阴影分布区域示意图，需要说明的，该图仅为一个示例的说明，实际中在太阳能供电板飞行轨迹以及飞行姿态调整时，轨道飞行器投影到太阳能供电板上的阴影分布区域也相应会变化，这里不再细述。
参考图3，该图是本发明一种用于空间站的自动控制系统的第一具体实施例框图，具体来说，本实施例的自动控制系统，具体包括：存储装置101、检测处理装置102、获取处理装置103、阴影特征数据处理装置104、触发处理装置105以及匹配处理装置106，其中
存储装置101，本实施例中存储装置101存储有预设的所述目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据，具体实现时，可预先对目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的位置进行定位并获取相应位置的阴影特征数据，所述预设的目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据为所述目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影分布区域数据，实际中将整个太阳能供电板表面划分为各个小方格区域或者三角形格（或者其他形状的格子，这里不做限定），小方格或三角形格子的面积大小可根据实际情况调整，若需要精准度高，则小方格区域调小，需要说明的，本发明中作为阴影特征数据的阴影分布区域可以是轨道飞行器形成阴影整个周期内的阴影分布区域范围，也可以是轨道飞行器形成阴影某一刻的阴影分布区域范围；
检测处理装置102，本实施例中检测处理装置102用于检测是否有目标轨道飞行器；
获取处理装置103，本实施例中获取处理装置103在检测到目标轨道飞行器后，则获取所述太阳能供电板的表面图像；
阴影特征数据处理装置104，本实施例中阴影特征数据处理装置104用于对所述获取的太阳能供电板的表面图像进行解析以检测是否有阴影特征数据，具体实现时，参考图4，例如作为一个实施例，阴影特征数据处理装置104可包括如下处理模块，即：灰度及分区处理模块1041、确定处理模块1042和保存处理模块1043，其中，
灰度及分区处理模块1041用于对获取的太阳能供电板的表面图像进行灰度及分区处理；
确定处理模块1042根据获取的灰度值和分区数值确定是否有阴影以及阴影分布区域数据；
保存处理模块1043将所述确定的阴影分布区域数据保存为阴影特征数据；
需要说明的，具体实现时，例如可采用归一化互相关函数进行阴影检测，分区则可按照上述小方格进行位置定位，每个小方格是一个位置点，阴影分布区域就按照阴影所在的小方格进行分布定位得到阴影分布区域数据；另外，获取所述太阳能供电板的表面图像时可通过多个摄像装置获取多个角度的图像，对获取的太阳能供电板的表面图像进行解析时，采用加权平均策略算法对多个角度的图像处理实现像素级融合，以提高准确率；
触发处理装置105，本实施例中若检测到阴影特征数据，则由于太能拿供电板被遮掩，太阳能供电板的能量供应可能会短缺，触发处理装置105需启动环境控制和生命保障系统的电量保障控制；
匹配处理装置106，本实施例中匹配处理装置106将所述阴影特征数据与前述预设的目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据进行匹配，若两者匹配，则继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失，可避免不必要的实验数据丢失，需要说明的，具体匹配时，可以是精准匹配也可以是模糊匹配，其中精准匹配是将某预定时刻检测到阴影特征数据与该预定时刻的预设阴影特征数据进行精准匹配，而模糊匹配是将某预定时刻检测到阴影特征数据与预设的轨道飞行器形成阴影整个周期内的阴影特征数据（即轨道飞行器形成阴影整个周期内的阴影分布区域范围）进行模糊匹配，只要在该预设的阴影分布区域范围内都可确认为两者匹配；
另外，作为一个优选实施例，参考图5，该图是本发明一种用于空间站的自动控制系统的第二具体实施例框图，本实施例与上述第一实施例不同在于，本实施例的系统中还包括：调整处理装置107，该调整处理装置107在检测到阴影特征数据后，则可以通过调整太阳能供电板的姿态，增大太阳能供电板的受晒面积，当太阳能供电板的受晒面积增大时，太阳能供电板能量供应也会相应增加，使太阳能供电板继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失。
另外，作为本发明的另一个优选实施例，参考图6，该图是本发明一种用于空间站的自动控制系统的第三具体实施例框图，本实施例与上述实施例不同在于，本实施例的系统中还包括：备份处理装置108，该备份处理装置108在检测到目标轨道飞行器，则对之前收集到的实验仓数据进行备份，具体实现时，若检测到目标轨道飞行器，则由于空间站的能量控制系统可能会对实验仓断电，因此，检测到目标轨道飞行器，则可提前对实验仓数据进行备份，防止实验舱数据丢失。
另外，作为本发明的另一个优选实施例，参考图7，该图是本发明一种用于空间站的自动控制系统的第四具体实施例框图，本实施例与上述实施例不同在于，本实施例的系统中还包括：报警处理装置109，该报警处理装置109在检测到目标轨道飞行器后，则向空间站控制中心报警，具体实现时，若检测到目标轨道飞行器，则由于空间站的能量控制系统可能会对实验仓断电，因此，通过报警，空间站控制中心可确定是轨道飞行器导致的能量短缺，持续时间不长，可维持太阳能供电板继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失。
另外，太阳能供电板虽然工作接近真空的环境中，但还是会受到微粒子流等外部干扰而产生谐振，且谐振衰减很慢，从而使太阳能供电板定位不准，作为一个优选的实施例，本发明的自动控制系统中还包括在所述太阳能供电板上设置的谐振控制元件、谐振传感器以及谐振控制器，所述谐振传感器检测谐振信号，所述谐振控制器根据所述谐振传感器传送来的谐振信号，确定谐振抑制信号，将所述谐振信号发送给谐振控制元件，所述谐振控制元件根据谐振抑制信号产生主动控制力进行谐振抑制，从而快速抑制谐振，使太阳能供电板定位更加精准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于空间站的自动控制系统，其特征在于，所述空间站包括有太阳能供电板、由所述太阳能供电板供电的实验仓以及环境控制和生命保障系统，其中，所述实验仓采集实验数据，所述环境控制和生命保障系统控制提供给航天员基本的生活条件和适宜的工作环境，该系统包括：
存储装置，用于存储预设的所述目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据；
检测处理装置，用于检测是否有目标轨道飞行器；
获取处理装置，用于在检测到目标轨道飞行器后，获取所述太阳能供电板的表面图像；
阴影特征数据处理装置，用于对所述获取的太阳能供电板的表面图像进行解析以检测是否有阴影特征数据；
触发处理装置，用于在检测到阴影特征数据后，触发启动环境控制和生命保障系统的电量保障控制；
匹配处理装置，用于将所述阴影特征数据与前述预设的目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据进行匹配，若两者匹配，则继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失。
2.根据权要求1所述的系统，其特征在于，所述预设的目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影特征数据为所述目标轨道飞行器在所述太阳能供电板上投影的阴影分布区域数据。
3.根据权要求1所述的系统，其特征在于，所述阴影特征数据处理装置具体包括：
灰度及分区处理模块，用于对获取的太阳能供电板的表面图像进行灰度及分区处理；
确定处理模块，用于根据获取的灰度值和分区数值确定是否有阴影以及阴影分布区域数据；
保存处理模块，用于将所述确定的阴影分布区域数据保存为阴影特征数据。
4.根据权要求1所述的系统，其特征在于，还包括：调整处理装置，用于在检测到阴影特征数据后，调整太阳能供电板的姿态，增大太阳能供电板的受晒面积，增加能量供应，使太阳能供电板继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失。
5.根据权要求1所述的系统，其特征在于，还包括：备份处理装置，用于在检测到目标轨道飞行器后，则对之前收集到的实验仓数据进行备份。
6.根据权要求1所述的系统，其特征在于，还包括：报警处理装置，用于在检测到目标轨道飞行器后，向空间站的控制中心报警，空间站的控制中心根据报警信息确定太阳能供电板继续向所述实验仓供电以防止所述实验仓数据丢失。
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