CN113761652A - 深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法及系统 - Google Patents
深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法及系统，该方法包括：步骤S1：开展全飞行过程关键事件梳理，形成可工程展示关键事件清单；步骤S2：整理各成像设备的性能参数，形成已有成像设备清单；步骤S3：开展资源需求评价，确认关键监测事件与现有设备匹配性；步骤S4：评估是否需额外新增监测设备；步骤S5：整理形成工程监测及展示任务及配套设备清单；步骤S6：对各工程监测及展示任务进行场景模拟及效果评估；步骤S7：制定各工程监视及展示任务在轨实施方案，明确实施时机、需平台保证的条件，制定动作实施流程。本发明针对深空探测任务需求，提供工程可视化监测及展示任务设计方法，可供工程应用及实施。
Description
技术领域
本发明涉及深空探测器工程监视技术领域，具体地，涉及一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法及系统。
背景技术
深空探测是指利用人造航天器对地球、月球以远的天体实施探测活动。相比于近地探测，深空探测任务具有任务体量大、技术难度相对高等特点，每一项深空探测任务都兼具科学、技术、经济等多方面的重大意义，如何做好工程任务的监测与展示、提升公众的参与与认识也成为深空探测任务中的重要工作。光学成像技术具有眼见为实的技术特点，是一种工程监测及展示的高效手段。随着光学监测相机的技术发展，微型化、轻量化光学监测相机正在各个领域中取得广泛应用。在国外多项深空探测任务中，采用了光学成像技术获取探测器的工程状态、实施天体拍摄，在实现工程监视的同时，较好地展示了工程任务。
深空探测任务一般具有任务飞行周期长、距离地球远等技术约束。从发射至任务结束期间，深空探测器将经历多重关键事件。以典型火星环绕探测任务为例，全过程关键事件包含发射入轨、奔火轨道调整、火星捕获制动。各关键动作均关系到任务成败，对各动作实施可视化工程监测极具意义。对于航天任务，设备资源需求少，意味着任务成本小。如何采用较少的设备及操作获取更大的工程监测效果，是深空探测工程可视化监视及展示任务设计面临的难题。
公开号为CN105890577B的发明专利，公开了一种适用于深空探测器在轨多个天体合影成像方法，该方法基于相机的性能参数建立视场模型，在此基础上耦合天体和探测器轨道动力学模型、探测器姿态数据以及光照条件进行综合分析，确定拍摄相机、成像时刻与成像姿态，并进行目标天体在相机视场内的成像效果仿真，得到直观的成像效果仿真图。该方法解决的是深空探测器在轨进行多天体合影任务设计问题。
公开号为CN103942363B的发明专利，公开了一种深空探测器光学载荷配置方法，具体步骤如下：创建探测器单元；创建星体表面环境单元；创建动态光照单元；创建光学载荷可视化单元：在光学载荷成像模型中，载入探测器单元、星体表面环境单元及动态光照单元，通过对探测器的位置姿态、星体表面环境参数、光照参数、光学载荷成像属性交互式动态设置和调整，获得不同工况下光学载荷成像效果的图像或视频，同时跟踪光学载荷视场遮挡情况和探测器星体表面阴影状态，从而获取最优光学载荷成像属性，并利用其进行光学载荷配置。该发明解决的是深空探测器光学载荷设备配置优化问题。
公开号为CN108051087B的发明专利，公开了一种针对快速成像的八通道多光谱相机设计方法，步骤包括：1)设定八通道滤色片的透射曲线；2)设计多光谱成像的阵列分布，在相机结构中采用一个CCD，在该CCD的每个像素位置只采集一个通道的Raw数据，八个通道的滤色片排列成2×4形式，并在整个CCD表面重复排列；3)针对八通道光谱raw数据进行图像恢复；4)对恢复后的多光谱图像进行后处理；5)多光谱相机的特性化处理。
公开号为CN105760652B的发明专利，从开了一种基于约束可满足技术的深空探测自主任务规划方法，括如下步骤：建立深空探测器系统模型；建立深空探测器约束模型；根据约束模型对深空探测器系统模型进行分层；规划任务初始化；在level层中选取活动单元在活动单元对应的状态集合Di中选择状态并对活动单元进行赋值；对活动单元约束进行一致性检查；通过赋值和循环直到深空探测器约束模型约束集C中全部约束得到满足，赋值结果即为深空探测器自主任务规划结果，完成自主任务规划。
基于上述需求，在资源有限的约束下，尽可能多地实现深空探测任务的工程可视化监视与展示具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法及系统。
根据本发明提供的一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法及系统，所述方案如下：
第一方面，提供了一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，所述方法包括：
步骤S1：结合深空探测任务在轨飞行任务，开展全飞行过程关键事件梳理，确定工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单；
步骤S2：梳理深空探测器当前已配置的成像类设备，整理各成像设备的性能参数，形成已有成像设备清单；
步骤S3：开展所述关键事件工程监测与展示资源需求评价，对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认；若现有设备可满足，转入步骤S5；若不满足，转入步骤S4；
步骤S4：根据当前关键事件监测的重要程度，评估是否需要额外新增监测设备；若需要，转入步骤S5；若不需要，转入抛弃分支；
步骤S5：整理筛选好的关键事件及相应的实施设备，形成工程监测及展示任务及配套设备清单；
步骤S6：利用平台绘图、三维建模等仿真分析方式，对各工程监测及展示任务进行场景模拟及效果评估；
步骤S7：制定各工程监视及展示任务在轨实施方案；给出实施时机、姿态需求，明确监视动作实施流程，形成工程监视及展示任务在轨实施方案。
优选的，所述步骤S1梳理深空探测任务全飞行过程关键事件时，需结合深空探测任务在轨飞行任、从发射至任务结束，开展全飞行过程关键事件梳理，确定各关键事件的工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单；
所述可工程展示关键事件清单采用表格方式，需包含关键事件、关键事件展示必要性在内的相关内容。
优选的，所述步骤S2梳理深空探测器当前已配置的成像类设备及性能参数，形成已有成像设备清单；已有成像设备清单采用表格方式，需包含成像设备名称、成像设备性能参数在内的相关内容。
优选的，所述步骤S3对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认，开展关键事件工程监测与展示资源需求评价，优先使用现有成像设备进行监测及展示。
优选的，所述步骤S5中整理筛选好的关键事件及相应的实施设备，形成工程监测及展示任务及配套设备清单；
工程监测及展示任务及配套设备清单采用表格方式，需包含采用已有成像设备实施的工程监测及展示任务、额外配置设备实施的工程监测及展示任务，典型列表包括工程监视及展示事件和执行设备名称。
优选的，所述步骤S7中制定各工程监视及展示任务在轨实施方案,实施方案采用文档格式，实施方案中包含实施时机、姿态需求以及动作实施流程在内的相关内容。
第二方面，提供了一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计系统，所述系统包括：
模块M1：结合深空探测任务在轨飞行任务，开展全飞行过程关键事件梳理，确定工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单；
模块M2：梳理深空探测器当前已配置的成像类设备，整理各成像设备的性能参数，形成已有成像设备清单；
模块M3：开展所述关键事件工程监测与展示资源需求评价，对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认；若现有设备可满足，转入模块M5；若不满足，转入模块M4；
模块M4：根据当前关键事件监测的重要程度，评估是否需要额外新增监测设备；若需要，转入模块M5；若不需要，转入抛弃分支；
模块M5：整理筛选好的关键事件及相应的实施设备，形成工程监测及展示任务及配套设备清单；
模块M6：利用平台绘图、三维建模等仿真分析方式，对各工程监测及展示任务进行场景模拟及效果评估；
模块M7：制定各工程监视及展示任务在轨实施方案；给出实施时机、姿态需求，明确监视动作实施流程，形成工程监视及展示任务在轨实施方案。
优选的，所述模块M1梳理深空探测任务全飞行过程关键事件时，需结合深空探测任务在轨飞行任、从发射至任务结束，开展全飞行过程关键事件梳理，确定各关键事件的工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单；
所述可工程展示关键事件清单采用表格方式，需包含关键事件、关键事件展示必要性在内的相关内容。
优选的，所述模块M2梳理深空探测器当前已配置的成像类设备及性能参数，形成已有成像设备清单；已有成像设备清单采用表格方式，需包含成像设备名称、成像设备性能参数在内的相关内容。
优选的，所述模块M3对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认，开展关键事件工程监测与展示资源需求评价，优先使用现有成像设备进行监测及展示。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、针对深空探测任务，开展全飞行过程关键事件梳理，实现各关键事件最大包络覆盖，以保证最大程序地实现深空探测任务工程可视化监视及展示；
2、基于已配置的成像设备，开展工程可视化监视及展示匹配性分析，实现现有成像设备的最大化兼顾使用；
3、采用重要性评估法对无法用现有成像设备实施的工程监视与展示任务进行分析，对于重要性较高的任务额外配置监测设备，以保证任务完成；
4、使用表格化方法进行过程管理，通过可工程展示关键事件清单、已有成像设备清单，经过分析形成工程监测及展示任务及配套设备清单，并形成工程监视及展示任务在轨实施方案；极具工程参考意义、可实施性极强。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明深空探测在轨工程监视及展示任务设计方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，参照图1所示，该方法包括：
(一)、梳理深空探测任务全飞行过程关键事件、评估工程展示必要性；
(二)、梳理深空探测器当前已配置的成像类设备及性能参数；
(三)、对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认；
(四)、针对现有设备无法展示的任务，评估当前关键事件监测的重要程度、确认是否需要额外新增监测设备；
(五)、整理筛选好的关键事件及相应的实施设备；
(六)、开展仿真分析，进行工程监测及展示任务场景模拟及效果评估；
(七)、制定各工程监视及展示任务在轨实施方案；采用表格化方法生成过程清单，有效保证最大程度关键事件监视覆盖、已有成像设备的最大兼顾使用、最小化额外新增设备。
接下来，对本发明进行更为具体的说明。
本发明提供了一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，以火星环绕着陆巡视探测任务为例，设计方法包括如下步骤：
步骤S1：结合深空探测任务在轨飞行任务，开展全飞行过程关键事件梳理，确定工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单，如下表1所示：
表1
| 序号 | 关键事件名称 | 出现时机 | 可否可视化展示 | 备注 |
| 1 | 太阳翼展开 | 入轨时 | 可 | |
| 2 | 定向天线展开 | 入轨时 | 可 | |
| 3 | 续航姿态建立 | 入轨初期 | 否 | |
| 4 | 地球及月球成像 | 入轨初期 | 可 | |
| 5 | 奔火轨道调整 | 地火转移期 | 否 | |
| 6 | 途径天体成像 | 地火转移期 | 可 | |
| 7 | 接近火星图像 | 地火转移末期 | 可 | |
| 8 | 火星捕获制动 | 火星捕获期 | 可 | |
| 9 | 预选着陆区成像 | 环绕火星期 | 可 | |
| 10 | 火星极区成像 | 环绕火星期 | 可 | |
| 11 | 两器分离 | 器器分离期 | 可 | |
| 12 | 着陆区成像 | 火星着陆后 | 可 |
梳理深空探测任务全飞行过程关键事件时，需结合深空探测任务在轨飞行任、从发射至任务结束，开展全飞行过程关键事件梳理，确定各关键事件的工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单。可工程展示关键事件清单采用表格方式，需包含关键事件、关键事件展示必要性等内容。
步骤S2：梳理深空探测器当前已配置的成像类设备，整理各成像设备的性能参数，形成已有成像设备清单，如下表2所示：
表2
| 序号 | 成像设备名称 | 性能参数 | 备注 |
| 1 | 中分辨率相机 | 焦距、F/#、视场、像元数、工作波段、工作模式 | |
| 2 | 高分辨率相机 | 焦距、F/#、视场、像元数、工作波段、工作模式 | |
| 3 | 光谱分析仪 | 焦距、F/#、视场、像元数、工作波段、工作模式 | |
| 4 | 星敏感器 | 焦距、F/#、视场、像元数、工作波段、工作模式 | |
| 5 | 光学导航敏感器 | 焦距、F/#、视场、像元数、工作波段、工作模式 |
梳理深空探测器当前已配置的成像类设备及性能参数，形成已有成像设备清单；已有成像设备清单采用表格方式，需包含成像设备名称、成像设备性能参数等内容。
步骤S3：开展关键事件工程监测与展示资源需求评价，对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认；若现有设备可满足，转入步骤S5；若不满足，转入步骤S4；
对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认，开展关键事件工程监测与展示资源需求评价，优先使用现有成像设备进行监测及展示。
步骤S4：根据当前关键事件监测的重要程度，评估是否需要额外新增监测设备；若需要，转入步骤S5；若不需要，转入抛弃分支。
步骤S5：整理筛选好的关键事件及相应的实施设备，形成工程监测及展示任务及配套设备清单，如下表3所示：
表3
| 序号 | 工程监视及展示事件 | 执行设备名称 | 执行时机 | 备注 |
| 1 | 太阳翼展开 | 监视相机 | 入轨时 | |
| 2 | 定向天线展开 | 监视相机 | 入轨时 | |
| 3 | 地球及月球成像 | 光学导航敏感器 | 入轨初期 | |
| 4 | 接近火星图像 | 高分辨率相机 | 地火转移末期 | |
| 5 | 火星捕获制动 | 监视相机 | 火星捕获期 | |
| 6 | 预选着陆区成像 | 高分辨率相机 | 环绕火星期 | |
| 7 | 火星极区成像 | 中分辨率相机 | 环绕火星期 | |
| 8 | 两器分离 | 监视相机 | 器器分离期 | |
| 9 | 着陆区成像 | 高分辨率相机 | 火星着陆后 |
整理筛选好的关键事件及相应的实施设备，形成工程监测及展示任务及配套设备清单。
工程监测及展示任务及配套设备清单采用表格方式，需包含采用已有成像设备实施的工程监测及展示任务、额外配置设备实施的工程监测及展示任务，典型列表包括工程监视及展示事件和执行设备名称。
步骤S6：利用平台绘图、三维建模等仿真分析方式，对各工程监测及展示任务进行场景模拟及效果评估。
步骤S7：制定各工程监视及展示任务在轨实施方案；给出实施时机、姿态需求，明确监视动作实施流程，形成工程监视及展示任务在轨实施方案。
制定各工程监视及展示任务在轨实施方案,实施方案采用但不限于文档格式，实施方案中包含实施时机、姿态需求以及动作实施流程等内容。
本发明实施例提供了一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法及系统，针对深空探测任务，开展全飞行过程关键事件梳理，实现各关键事件最大包络覆盖，以保证最大程序地实现深空探测任务工程可视化监视及展示；基于已配置的成像设备，开展工程可视化监视及展示匹配性分析，实现现有成像设备的最大化兼顾使用；采用重要性评估法对无法用现有成像设备实施的工程监视与展示任务进行分析，对于重要性较高的任务额外配置监测设备，以保证任务完成；使用表格化方法进行过程管理，通过可工程展示关键事件清单、已有成像设备清单，经过分析形成工程监测及展示任务及配套设备清单，并形成工程监视及展示任务在轨实施方案；极具工程参考意义、可实施性极强。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，其特征在于，包括：
步骤S1：结合深空探测任务在轨飞行任务，开展全飞行过程关键事件梳理，确定工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单；
步骤S2：梳理深空探测器当前已配置的成像类设备，整理各成像设备的性能参数，形成已有成像设备清单；
步骤S3：开展所述关键事件工程监测与展示资源需求评价，对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认；若现有设备可满足，转入步骤S5；若不满足，转入步骤S4；
步骤S4：根据当前关键事件监测的重要程度，评估是否需要额外新增监测设备；若需要，转入步骤S5；若不需要，转入抛弃分支；
步骤S5：整理筛选好的关键事件及相应的实施设备，形成工程监测及展示任务及配套设备清单；
步骤S6：利用平台绘图、三维建模等仿真分析方式，对各工程监测及展示任务进行场景模拟及效果评估；
步骤S7：制定各工程监视及展示任务在轨实施方案；给出实施时机、姿态需求，明确监视动作实施流程，形成工程监视及展示任务在轨实施方案。
2.根据权利要求1所述的深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，其特征在于，所述步骤S1梳理深空探测任务全飞行过程关键事件时，需结合深空探测任务在轨飞行任、从发射至任务结束，开展全飞行过程关键事件梳理，确定各关键事件的工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单；
所述可工程展示关键事件清单采用表格方式，需包含关键事件、关键事件展示必要性在内的相关内容。
3.根据权利要求1所述的深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，其特征在于，所述步骤S2梳理深空探测器当前已配置的成像类设备及性能参数，形成已有成像设备清单；已有成像设备清单采用表格方式，需包含成像设备名称、成像设备性能参数在内的相关内容。
4.根据权利要求1所述的深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，其特征在于，所述步骤S3对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认，开展关键事件工程监测与展示资源需求评价，优先使用现有成像设备进行监测及展示。
5.根据权利要求1所述的深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，其特征在于，所述步骤S5中整理筛选好的关键事件及相应的实施设备，形成工程监测及展示任务及配套设备清单；
工程监测及展示任务及配套设备清单采用表格方式，需包含采用已有成像设备实施的工程监测及展示任务、额外配置设备实施的工程监测及展示任务，典型列表包括工程监视及展示事件和执行设备名称。
6.根据权利要求1所述的深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计方法，其特征在于，所述步骤S7中制定各工程监视及展示任务在轨实施方案,实施方案采用文档格式，实施方案中包含实施时机、姿态需求以及动作实施流程在内的相关内容。
7.一种深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计系统，其特征在于，包括：
模块M1：结合深空探测任务在轨飞行任务，开展全飞行过程关键事件梳理，确定工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单；
模块M2：梳理深空探测器当前已配置的成像类设备，整理各成像设备的性能参数，形成已有成像设备清单；
模块M3：开展所述关键事件工程监测与展示资源需求评价，对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认；若现有设备可满足，转入模块M5；若不满足，转入模块M4；
模块M4：根据当前关键事件监测的重要程度，评估是否需要额外新增监测设备；若需要，转入模块M5；若不需要，转入抛弃分支；
模块M5：整理筛选好的关键事件及相应的实施设备，形成工程监测及展示任务及配套设备清单；
模块M6：利用平台绘图、三维建模等仿真分析方式，对各工程监测及展示任务进行场景模拟及效果评估；
模块M7：制定各工程监视及展示任务在轨实施方案；给出实施时机、姿态需求，明确监视动作实施流程，形成工程监视及展示任务在轨实施方案。
8.根据权利要求7所述的深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计系统，其特征在于，所述模块M1梳理深空探测任务全飞行过程关键事件时，需结合深空探测任务在轨飞行任、从发射至任务结束，开展全飞行过程关键事件梳理，确定各关键事件的工程展示必要性，形成可工程展示关键事件清单；
所述可工程展示关键事件清单采用表格方式，需包含关键事件、关键事件展示必要性在内的相关内容。
9.根据权利要求7所述的深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计系统，其特征在于，所述模块M2梳理深空探测器当前已配置的成像类设备及性能参数，形成已有成像设备清单；已有成像设备清单采用表格方式，需包含成像设备名称、成像设备性能参数在内的相关内容。
10.根据权利要求7所述的深空探测在轨工程可视化监视及展示任务设计系统，其特征在于，所述模块M3对每个关键事件与现有设备的匹配性进行确认，开展关键事件工程监测与展示资源需求评价，优先使用现有成像设备进行监测及展示。
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