CN115196045A - 地表探测方法、装置、运载火箭、电子设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地表探测方法、装置、运载火箭、电子设备和存储介质，涉及航空航天技术领域，其中方法包括：基于箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从星箭分离轨道变轨至目标轨道的变轨控制参数；将变轨控制参数发送至箭上计算机，以使箭上计算机基于变轨控制参数控制留轨末级变轨至目标轨道；基于留轨末级在目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测时间；在探测时间内控制留轨末级搭载的遥感载荷，对目标探测区域进行地表探测，获取目标探测区域的地表图像。本发明提供的方法和装置，降低了地表探测的成本。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种地表探测方法、装置、运载火箭、电子设备和存储介质。
背景技术
地表探测指在地球表面之外，利用空间的位置优势对地球表面进行观测的活动，旨在获取有关地球表面的详细数据或信息。应用领域包括土地调查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、城市规划、地图测绘等方面。
现有的地表探测方法，都是通过发射对地观测卫星，控制卫星获取地球表面的图像，由于对地观测卫星的制造、发射和控制的成本较高，使得现有的地表探测方法的成本较高。
发明内容
本发明提供一种地表探测方法、装置、运载火箭、电子设备和存储介质，用于解决现有的地表探测方法成本较高的技术问题。
本发明提供一种地表探测方法，包括：
基于箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从所述星箭分离轨道变轨至所述目标轨道的变轨控制参数；
将所述变轨控制参数发送至所述箭上计算机，以使所述箭上计算机基于所述变轨控制参数控制所述留轨末级变轨至所述目标轨道；
基于所述留轨末级在所述目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定所述留轨末级经过所述目标探测区域上空的探测时间；
在所述探测时间内控制所述留轨末级搭载的遥感载荷，对所述目标探测区域进行地表探测，获取所述目标探测区域的地表图像。
根据本发明提供的地表探测方法，所述在所述探测时间内控制所述留轨末级搭载的遥感载荷，对所述目标探测区域进行地表探测，获取所述目标探测区域的地表图像，包括：
向地面监控站发送天气查询请求；所述天气查询请求用于请求获取所述目标探测区域在所述探测时间内的天气信息；
接收所述地面监控站基于所述天气查询请求发送的天气查询响应；
基于所述天气查询响应，确定对所述目标探测区域进行地表探测的目标探测方式；
基于所述目标探测方式，获取所述目标探测区域的地表图像；
其中，所述目标探测方式是基于所述留轨末级搭载的遥感载荷确定的；所述目标探测方式包括光学遥感探测方式、红外遥感探测方式和微波遥感探测方式中的至少一种。
根据本发明提供的地表探测方法，所述基于所述天气查询响应，确定对所述目标探测区域进行地表探测的目标探测方式，包括：
在所述天气查询响应中的天气信息满足光学遥感探测方式的情况下，控制所述光学遥感载荷获取所述目标探测区域的地表预采集图像；
基于所述地表预采集图像的感光度、对比度和目标物颜色饱和度中的至少一种，确定所述地表预采集图像的能见度系数；
在所述地表预采集图像的能见度系数小于预设能见度阈值的情况下，将所述光学遥感探测方式切换至红外遥感探测方式或者微波遥感探测方式。
根据本发明提供的地表探测方法，所述在所述探测时间内控制所述留轨末级搭载的遥感载荷，对所述目标探测区域进行地表探测，获取所述目标探测区域的地表图像，包括：
获取所述留轨末级的推进剂剩余量、电能剩余量和当前运行速度；
基于所述推进剂剩余量、所述电能剩余量和所述当前运行速度，确定所述留轨末级的当前在轨总能量；
基于所述留轨末级的当前在轨总能量，以及所述留轨末级的能量消耗速率，确定所述留轨末级经过所述目标探测区域上空的探测次数，以及每次经过所述目标探测区域上空的探测时间；
在每次经过所述目标探测区域上空的探测时间内，对所述目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像。
根据本发明提供的地表探测方法，所述在每次经过所述目标探测区域上空的探测时间内，对所述目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像之后，所述方法包括：
在获取当前探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像后，在所述留轨末级运行进入所述目标轨道中的数据反馈区间的情况下，将所述当前探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像发送至地面监控站；
其中，所述数据反馈区间的中点是基于所述地面监控站与所述目标轨道之间的最小线段确定的；所述数据反馈区间的长度是基于所述地表图像的发送时间和所述留轨末级在所述目标轨道上的运行速度确定的。
根据本发明提供的地表探测方法，所述在每次经过所述目标探测区域上空的探测时间内，对所述目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像之后，所述方法包括：
在确定当前探测次数为最后探测次数的情况下，向所述箭上计算机发送离轨钝化指令，以使所述箭上计算机基于所述离轨钝化指令控制所述留轨末级离开所述目标轨道，保持所述留轨末级的各个设备在工作状态，直至所述留轨末级进入大气层被烧毁。
本发明提供一种地表探测装置，包括：
控制单元，用于基于箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从所述星箭分离轨道变轨至所述目标轨道的变轨控制参数；
变轨单元，用于将所述变轨控制参数发送至所述箭上计算机，以使所述箭上计算机控制所述留轨末级变轨至所述目标轨道；
确定单元，用于基于所述留轨末级在所述目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定所述留轨末级经过所述目标探测区域上空的探测时间；
探测单元，用于在所述探测时间内控制所述留轨末级搭载的遥感载荷，对所述目标探测区域进行地表探测，获取所述目标探测区域的地表图像。
本发明提供一种运载火箭，包括留轨末级；所述留轨末级至少包括箭上计算机、留轨控制器、姿轨控动力系统和遥感载荷；
所述姿轨控动力系统，与所述箭上计算机连接，用于接收所述箭上计算机的控制指令，控制所述留轨末级改变运行姿态和/或运行轨道；
所述遥感载荷，与所述留轨控制器连接，用于接收所述留轨控制器的控制指令，获取地表图像；
所述留轨控制器，与所述箭上计算机连接，用于执行所述的地表探测方法。
本发明提供一种计算机可读的存储介质，所述计算机可读的存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行所述的地表探测方法。
本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行所述的地表探测方法。
本发明提供的地表探测方法、装置、运载火箭、电子设备和存储介质，根据箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从星箭分离轨道变轨至目标轨道的变轨控制参数，使箭上计算机根据变轨控制参数控制留轨末级变轨至目标轨道；根据留轨末级在目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测时间；在探测时间内控制留轨末级搭载的遥感载荷，对目标探测区域进行地表探测，获取目标探测区域的地表图像，通过留轨末级执行抵近地表探测任务，无需发射专门的地表探测卫星，充分利用了留轨末级完成卫星发射任务后的剩余推进剂，利用了留轨末级的在轨运行能力和机动变轨能力，提高了运载火箭末级的设备重复利用率，降低了地表探测的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的地表探测方法的流程示意图；
图2为本发明提供的地表探测装置的结构示意图；
图3为本发明提供的运载火箭的结构示意图；
图4为本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
运载火箭末级在经历火箭入轨和星箭分离后，完成了发射主任务。之后，末级转换为留轨末级，继续在原有轨道上运行。由于留轨末级中依然保留了姿轨控动力系统，以及剩余的推进剂等，使得留轨末级具有在轨运行能力和轨道机动能力。在此基础上，可以在留轨末级上搭载不同的空间载荷，用于执行不同的太空任务。
相比于大型运载火箭在完成星箭分离后形成的留轨末级，小型火箭的体量较小，功耗较低，可以成为携带小型空间载荷的低成本留轨级平台，性价比较高，适合承担低轨抵近探测任务。
图1为本发明提供的地表探测方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括步骤110、步骤120、步骤130和步骤140。
步骤110、基于箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从星箭分离轨道变轨至目标轨道的变轨控制参数。
具体地，本发明实施例提供的地表探测方法适用于运载火箭的留轨末级，其执行主体可以为留轨末级中配置的留轨控制器。
运载火箭末级上可以配置箭上计算机和留轨控制器。其中，箭上计算机与运载火箭末级上的姿轨控动力系统连接，负责运载火箭的导航制导、姿态控制等功能；留轨控制器在运载火箭完成星箭分离后，控制留轨末级执行抵近地表探测任务。
箭上计算机和留轨控制器可以合并设置。但是，考虑到抵近探测任务是在执行卫星发射任务后才执行的，且卫星发射任务为运载火箭的主任务，优选地，可以将箭上计算机和留轨控制器分开单独设置，使得箭上计算机和留轨控制器的设计可以实现小型化和专用化，可以提高执行不同任务的可靠性和实时性。
在运载火箭发射后，整个火箭接受箭上计算机的控制，留轨控制器可以处于待机状态。在运载火箭的末级完成星箭分离后，航天发射主任务完成，运载火箭的末级成为留轨末级。此时，箭上计算机向留轨控制器发送指令，由留轨控制器担任主控制器，箭上计算机作为从控制器，协助完成留轨末级的姿态控制和轨道控制。
轨道参数为对留轨末级的运行轨道进行描述的参数，例如可以包括半长轴、离心率、轨道倾角、近心点幅角、升交点经度和真近点角等。
星箭分离轨道为留轨末级在执行星箭分离时所在的运行轨道。目标轨道为留轨末级在完成星箭分离后执行地表探测任务时需要保持的运行轨道。相比于星箭分离轨道，目标轨道可以为轨道高度更低的近地轨道，从而提高地表探测的精度。
变轨控制参数为控制留轨末级从一个运行轨道机动变轨至另一个运行轨道的控制参数，例如可以包括留轨末级的轨道控制发动机的控制量，以及姿态控制发动机的控制量等。
在运载火箭末级完成星箭分离后，箭上计算机可以将星箭分离轨道的轨道参数发送至留轨控制器，触发留轨控制器进行留轨任务控制状态。留轨控制器在接收到星箭分离轨道的轨道参数后，将其与目标轨道的轨道参数进行比较，结合留轨末级的姿轨控发动机的动力配置，可以确定用于控制留轨末级从星箭分离轨道变轨至目标轨道的变轨控制参数。
步骤120、将变轨控制参数发送至箭上计算机，以使箭上计算机基于变轨控制参数控制留轨末级变轨至目标轨道。
具体地，留轨控制器将变轨控制参数发送至箭上计算机。此时，作为从控制器，箭上计算机根据接收到的变轨控制参数，以及各个轨道控制动机和/或各个姿态控制发动机的控制特性，生成各个轨道控制发动机的控制指令和/或各个姿态控制发动机的控制指令，并将其发送至各个轨道控制发动机和/或各个姿态控制发动机，完成变轨控制。变轨后，留轨末级将从星箭分离轨道变轨至目标轨道。
特别地，当星箭分离轨道的轨道参数与目标轨道的轨道参数相同时，变轨控制参数为零。
步骤130、基于留轨末级在目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测时间。
具体地，留轨控制器在留轨末级变轨至目标轨道上运行后，可以通过与卫星或者地面监控站进行通信，来确定留轨末级在目标轨道上的实时运行位置。
目标探测区域为需要获取地表信息的区域，例如植被覆盖区域、沙漠覆盖区域等。留轨控制器根据目标探测区域的地理位置，可以确定目标探测区域的上空在目标轨道上对应的探测轨道区间，进而将留轨末级在目标轨道上的实时运行位置，与确定的探测轨道区间进行位置比较，确定留轨末级与探测轨道区间之间的距离，结合留轨末级的当前运行速度和当前运行时间，可以确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测时间。
此处，探测时间可以采用包括留轨末级进入目标探测区域上空的时刻、留轨末级经过目标探测区域上空的时长和留轨末级离开目标探测区域上空的时刻等在内的时间量来描述。
步骤140、在探测时间内控制留轨末级搭载的遥感载荷，对目标探测区域进行地表探测，获取目标探测区域的地表图像。
具体地，可以在留轨末级上搭载遥感载荷。在探测时间内，留轨控制器可以控制遥感载荷，对目标探测区域进行地表探测，从而获取目标探测区域的地表图像。
本发明实施例提供的地表探测方法，根据箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从星箭分离轨道变轨至目标轨道的变轨控制参数，使箭上计算机根据变轨控制参数控制留轨末级变轨至目标轨道；根据留轨末级在目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测时间；在探测时间内控制留轨末级搭载的遥感载荷，对目标探测区域进行地表探测，获取目标探测区域的地表图像，通过留轨末级执行抵近地表探测任务，无需发射专门的地表探测卫星，充分利用了留轨末级完成卫星发射任务后的剩余推进剂，利用了留轨末级的在轨运行能力和机动变轨能力，提高了运载火箭末级的设备重复利用率，降低了地表探测的成本。
基于上述实施例，步骤140包括：
向地面监控站发送天气查询请求；天气查询请求用于请求获取目标探测区域在探测时间内的天气信息；
接收地面监控站基于天气查询请求发送的天气查询响应；
基于天气查询响应，确定对目标探测区域进行地表探测的目标探测方式；
基于目标探测方式，获取目标探测区域的地表图像；
其中，目标探测方式是基于留轨末级搭载的遥感载荷确定的；目标探测方式包括光学遥感探测方式、红外遥感探测方式和微波遥感探测方式中的至少一种。
具体地，留轨末级上可以搭载三类遥感载荷，包括光学遥感载荷、红外遥感载荷和微波遥感载荷。光学遥感载荷可以为光学摄像头，用于在地球上空气流较为平稳时（例如晴天）对地表进行探测；红外遥感载荷可以为红外摄像头，用于在地球上空气流变化较为剧烈时（例如雷雨天）对地表进行探测；微波遥感载荷可以微波设备，用于具有全天候昼夜工作能力，能穿透云层，不易受气象条件和日照水平的影响，获取的微波图像有明显的立体感，能提供可见光学遥感和红外遥感以外的信息。
留轨末级可以向地面监控站发送天气查询请求，以获取目标探测区域在探测时间内的天气信息，包括降雨量大小、光照强度、云层厚度和云层移动速度等。地面监控站根据留轨末级发射的天气查询请求中所需要获取的天气信息，生成天气查询响应，然后发送至留轨末级。
留轨末级中的留轨控制器根据天气查询响应中的天气信息，确定对目标探测区域进行地表探测的目标探测方式，然后获取目标探测区域的地表图像。例如，可以设置光照强度阈值，当天气查询响应中的光照强度大于光照强度阈值时，留轨控制器确定采用光学遥感探测方式，当天气查询响应中的光照强度小于或等于光照强度阈值时，留轨控制器确定采用红外遥感探测方式。
此外，留轨末级还可以与气象卫星直接通信，从气象卫星处获取目标探测区域在探测时间内的天气信息。
本发明实施例提供的地表探测方法，通过搭载不同的遥感载荷，可以在不同的天气条件下获取目标探测区域的地表图像。
基于上述任一实施例，基于天气查询响应，确定对目标探测区域进行地表探测的目标探测方式，包括：
在天气查询响应中的天气信息满足光学遥感探测方式的情况下，控制光学遥感载荷获取目标探测区域的地表预采集图像；
基于地表预采集图像的感光度、对比度和目标物颜色饱和度中的至少一种，确定地表预采集图像的能见度系数；
在地表预采集图像的能见度系数小于预设能见度阈值的情况下，将光学遥感探测方式切换至红外遥感探测方式或者微波遥感探测方式。
具体地，通过光学遥感探测方式获取的地表图像具有空间分辨率高、直观和空间形变小的优点，因此，优先采用光学遥感探测方式。
在留轨末级快要运行抵达到目标探测区域上空时，目标探测区域正好处于黄昏模式或者夜晚模式，则不但要考虑天气信息，更要考虑所获得的地表图像的能见度。
在天气查询响应中的天气信息满足光学遥感探测方式的情况下，留轨控制器可以控制光学遥感载荷获取目标探测区域的地表预采集图像。能见度系数用于衡量地表图像的能见度，一般地，能见度系数越高，地表图像中的各个物体的能见度也就越高。
感光度，用于衡量地表图像对于光的敏感程度。感光度越高，表明对光线的敏感度越高，地表图像的曝光会越亮，能见度也就越高。然而过高的感光度将在地表图像中产生噪点，使得地表图像失真。
对比度，用于对地表图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，差异范围越大代表对比越大，差异范围越小代表对比越小。在一定范围内，对比度越大，地表图像中的像素差异越明显，能见度越高。
目标物颜色饱和度，用于表示地表图像中目标物的颜色的纯正度或者鲜艳程度。目标物可以选择具有明显颜色特征的事物，例如海面和树木等。
可以分别为感光度、对比度和目标物颜色饱和度设置不同的权重系数，通过加权求和的方式求解得到预采集图像的能见度系数。如果地表预采集图像的能见度系数小于预设能见度阈值，则表明采用光学遥感探测方式获取的地表图像的能见度较差，可以切换至红外遥感探测方式或者微波遥感探测方式。如果地表预采集图像的能见度系数大于或者等于预设能见度阈值，则表明采用光学遥感探测方式获取的地表图像的能见度满足要求，无需切换遥感探测方式。
预设能见度阈值可以根据需要进行设置，也可以通过获取大量的满足能见度需求的样本地表图像。对这些样本地表图像的感光度、对比度和目标物颜色饱和度进行加权求和，确定各个样本地表图像的能见度系数。然后根据各个样本地表图像的能见度系数的均值和方差，确定预设能见度阈值。
基于上述任一实施例，步骤140包括：
获取留轨末级的推进剂剩余量、电能剩余量和当前运行速度；
基于推进剂剩余量、电能剩余量和当前运行速度，确定留轨末级的当前在轨总能量；
基于留轨末级的当前在轨总能量，以及留轨末级的能量消耗速率，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测次数，以及每次经过目标探测区域上空的探测时间；
在每次经过目标探测区域上空的探测时间内，对目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的目标探测区域的地表图像。
具体地，留轨控制器可以通过箭上计算机获取留轨末级的推进剂剩余量、电能剩余量和当前运行速度。
推进剂剩余量越高，表明留轨末级可以进行变轨或者变姿态的机动能力越强，可以执行地表探测任务的时间也就越长，留轨末级的在轨寿命也就越长。
电能剩余量越高，表明留轨末级可以提供给遥感载荷的电量越多，足够支持遥感载荷完成各类地表探测任务。
当前运行速度越高，表明留轨末级具有的动能越强，也足以支持在当前运行轨道上长时间运行，也将消耗更少的推进剂用于维持当前运行速度。
留轨控制器可以根据推进剂剩余量、电能剩余量和当前运行速度，确定留轨末级的当前在轨总能量。留轨控制器还可以对留轨末级在目标轨道上运行一圈的推进剂消耗量、电能消耗量等进行统计，计算后得到留轨末级的能量消耗速率。
根据当前在轨总能量，以及留轨末级的能量消耗速率，留轨控制器可以确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测次数，以及每次经过目标探测区域上空的探测时间。在每次经过目标探测区域上空的探测时间内，留轨控制器控制遥感载荷对目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的目标探测区域的地表图像。探测次数越多，表明留轨末级的在轨寿命越长。
可以预知的探测次数，以及每次经过目标探测区域上空的探测时间，为地面监控站提供了监控便利，使得地面监控站可以在留轨末级有限的在轨寿命内，提前对地表探测任务进行规划，合理控制不同的遥感探测方式得到不同的遥感探测结果。
基于上述任一实施例，步骤140之后包括：
在获取当前探测次数对应的目标探测区域的地表图像后，在留轨末级运行进入目标轨道中的数据反馈区间的情况下，将当前探测次数对应的目标探测区域的地表图像发送至地面监控站；
其中，数据反馈区间的中点是基于地面监控站与目标轨道之间的最小线段确定的；数据反馈区间的长度是基于地表图像的发送时间和留轨末级在目标轨道上的运行速度确定的。
具体地，为了及时将采集的地表图像发送至地面监控站，留轨末级可以选择在每次采集完地表图像后，在目标轨道上运行至与地面监控站方便通信的数据反馈区间时，将每次采集的目标探测区域的地表图像发送至地面监控站。
可以以地面监控站为点，确定该点与目标轨道之间的最小线段，将最小线段与目标轨道的交点作为数据反馈区间的中点。
根据发送地表图像所需的发送时间，以及留轨末级在目标轨道上的运行速度，可以确定数据反馈区间的总长度。根据数据反馈区间的中点和数据反馈区间的总长度，确定数据反馈区间在目标轨道上的位置。
基于上述任一实施例，在每次经过目标探测区域上空的探测时间内，对目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的目标探测区域的地表图像之后，方法包括：
在确定当前探测次数为最后探测次数的情况下，向箭上计算机发送离轨钝化指令，以使箭上计算机基于离轨钝化指令控制留轨末级离开目标轨道，保持留轨末级的各个设备在工作状态，直至留轨末级进入大气层被烧毁。
具体地，在当前探测次数为最后探测次数的情况下，表明留轨末级已经完成了地表探测任务，需要采取一系列措施，使留轨末级的运行轨道偏离原有轨道，并降低留轨末级自身危险性，避免成为太空垃圾，对其他航天器造成影响。
此时，留轨控制器向箭上计算机发送离轨钝化指令。箭上计算机根据离轨钝化指令，控制轨道控制发动机和/或姿态控制发动机，减小留轨末级运行速度，降低留轨末级轨道近地点高度并减小轨道倾角，直至推进剂耗尽。此过程中留轨末级姿态一直保持稳定状态。
当留轨末级离开原有轨道后，需要进一步消除留轨末级自爆的危险。此时，可以保持留轨末级的各个设备在工作状态，持续消耗留轨末级中的推进剂和/或电量，直至留轨末级进入大气层烧毁。
基于上述任一实施例，图2为本发明提供的地表探测装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：
控制单元210，用于基于箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从星箭分离轨道变轨至目标轨道的变轨控制参数；
变轨单元220，用于将变轨控制参数发送至箭上计算机，以使箭上计算机控制留轨末级变轨至目标轨道；
确定单元230，用于基于留轨末级在目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测时间；
探测单元240，用于在探测时间内控制留轨末级搭载的遥感载荷，对目标探测区域进行地表探测，获取目标探测区域的地表图像。
具体地，地表探测装置可以以软件形式体现，运行在留轨控制器中；也可以为留轨控制器中的硬件电路。
本发明实施例提供的地表探测装置，根据箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从星箭分离轨道变轨至目标轨道的变轨控制参数，使箭上计算机根据变轨控制参数控制留轨末级变轨至目标轨道；根据留轨末级在目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测时间；在探测时间内控制留轨末级搭载的遥感载荷，对目标探测区域进行地表探测，获取目标探测区域的地表图像，通过留轨末级执行抵近地表探测任务，无需发射专门的地表探测卫星，充分利用了留轨末级完成卫星发射任务后的剩余推进剂，利用了留轨末级的在轨运行能力和机动变轨能力，提高了运载火箭末级的设备重复利用率，降低了地表探测的成本。
基于上述任一实施例，探测单元具体用于：
向地面监控站发送天气查询请求；天气查询请求用于请求获取目标探测区域在探测时间内的天气信息；
接收地面监控站基于天气查询请求发送的天气查询响应；
基于天气查询响应，确定对目标探测区域进行地表探测的目标探测方式；
基于目标探测方式，获取目标探测区域的地表图像；
其中，目标探测方式是基于留轨末级搭载的遥感载荷确定的；目标探测方式包括光学遥感探测方式、红外遥感探测方式和微波遥感探测方式中的至少一种。
基于上述任一实施例，探测单元还具体用于：
在天气查询响应中的天气信息满足光学遥感探测方式的情况下，控制光学遥感载荷获取目标探测区域的地表预采集图像；
基于地表预采集图像的感光度、对比度和目标物颜色饱和度中的至少一种，确定地表预采集图像的能见度系数；
在地表预采集图像的能见度系数小于预设能见度阈值的情况下，将光学遥感探测方式切换至红外遥感探测方式或者微波遥感探测方式。
基于上述任一实施例，探测单元还具体用于：
获取留轨末级的推进剂剩余量、电能剩余量和当前运行速度；
基于推进剂剩余量、电能剩余量和当前运行速度，确定留轨末级的当前在轨总能量；
基于留轨末级的当前在轨总能量，以及留轨末级的能量消耗速率，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测次数，以及每次经过目标探测区域上空的探测时间；
在每次经过目标探测区域上空的探测时间内，对目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的目标探测区域的地表图像。
基于上述任一实施例，还包括：
反馈单元，用于在获取当前探测次数对应的目标探测区域的地表图像后，在留轨末级运行进入目标轨道中的数据反馈区间的情况下，将当前探测次数对应的目标探测区域的地表图像发送至地面监控站；
其中，数据反馈区间的中点是基于地面监控站与目标轨道之间的最小线段确定的；数据反馈区间的长度是基于地表图像的发送时间和留轨末级在目标轨道上的运行速度确定的。
基于上述任一实施例，还包括：
离轨单元，用于在确定当前探测次数为最后探测次数的情况下，向箭上计算机发送离轨钝化指令，以使箭上计算机基于离轨钝化指令控制留轨末级离开目标轨道，保持留轨末级的各个设备在工作状态，直至留轨末级进入大气层被烧毁。
基于上述任一实施例，图3为本发明提供的运载火箭的结构示意图，如图3所示，该运载火箭300包括留轨末级310；留轨末级至少包括箭上计算机311、留轨控制器312、姿轨控动力系统313和遥感载荷314；
姿轨控动力系统313，与箭上计算机311连接，用于接收箭上计算机311的控制指令，控制留轨末级310改变运行姿态和/或运行轨道；
遥感载荷314，与留轨控制器312连接，用于接收留轨控制器312的控制指令，获取地表图像；
留轨控制器312，与箭上计算机311连接，用于执行上述地表探测方法。
具体地，该运载火箭的留轨末级的运行过程如下：
步骤一、运载火箭发射，执行星箭分离，完成航天发射主任务；在此之前，留轨控制器和遥感载荷处于待机状态或者关机状态；
步骤二、箭上计算机向留轨控制器发送指令，转至留轨控制器担任主控，箭上计算机担任辅控，不执行地表探测任务的设备断电；
步骤三、留轨控制器控制主电池向执行地表探测任务的设备供电；
步骤四、留轨控制器向箭上计算机发送姿态控制指令和/或轨道控制指令，由箭上计算机控制轨姿控动力系统开展快速调姿、轨道机动；
步骤五、留轨控制器控制其他设备，例如主动热控设备确保留轨平台环境满足遥感载荷的工作要求；
步骤六、留轨控制器控制遥感载荷工作。
本发明实施例提供的运载火箭的留轨末级具备轨姿控动力系统，轨姿控动力系统充分利用航天发射任务剩余的推进剂或专门预留推进剂，提升留轨末级的快速性和机动性，从而使留轨末级能够以及其低的成本完成高分辨地表探测任务。
基于上述任一实施例，图4为本发明提供的电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器（Processor）410、通信接口（Communications Interface）420、存储器（Memory）430和通信总线（Communications Bus）440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑命令，以执行如下方法：
基于箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从星箭分离轨道变轨至目标轨道的变轨控制参数；将变轨控制参数发送至箭上计算机，以使箭上计算机基于变轨控制参数控制留轨末级变轨至目标轨道；基于留轨末级在目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定留轨末级经过目标探测区域上空的探测时间；在探测时间内控制留轨末级搭载的遥感载荷，对目标探测区域进行地表探测，获取目标探测区域的地表图像。
此外，上述的存储器430中的逻辑命令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干命令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例提供的电子设备中的处理器可以调用存储器中的逻辑指令，实现上述方法，其具体的实施方式与前述方法实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的方法。
本发明实施例提供的非暂态计算机可读存储介质上存储的计算机程序被执行时，实现上述方法，其具体的实施方式与前述方法实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干命令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种地表探测方法，其特征在于，包括：
基于箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从所述星箭分离轨道变轨至所述目标轨道的变轨控制参数；
将所述变轨控制参数发送至所述箭上计算机，以使所述箭上计算机基于所述变轨控制参数控制所述留轨末级变轨至所述目标轨道；
基于所述留轨末级在所述目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定所述留轨末级经过所述目标探测区域上空的探测时间；
在所述探测时间内控制所述留轨末级搭载的遥感载荷，对所述目标探测区域进行地表探测，获取所述目标探测区域的地表图像。
2.根据权利要求1所述的地表探测方法，其特征在于，所述在所述探测时间内控制所述留轨末级搭载的遥感载荷，对所述目标探测区域进行地表探测，获取所述目标探测区域的地表图像，包括：
向地面监控站发送天气查询请求；所述天气查询请求用于请求获取所述目标探测区域在所述探测时间内的天气信息；
接收所述地面监控站基于所述天气查询请求发送的天气查询响应；
基于所述天气查询响应，确定对所述目标探测区域进行地表探测的目标探测方式；
基于所述目标探测方式，获取所述目标探测区域的地表图像；
其中，所述目标探测方式是基于所述留轨末级搭载的遥感载荷确定的；所述目标探测方式包括光学遥感探测方式、红外遥感探测方式和微波遥感探测方式中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的地表探测方法，其特征在于，所述基于所述天气查询响应，确定对所述目标探测区域进行地表探测的目标探测方式，包括：
在所述天气查询响应中的天气信息满足光学遥感探测方式的情况下，控制所述光学遥感载荷获取所述目标探测区域的地表预采集图像；
基于所述地表预采集图像的感光度、对比度和目标物颜色饱和度中的至少一种，确定所述地表预采集图像的能见度系数；
在所述地表预采集图像的能见度系数小于预设能见度阈值的情况下，将所述光学遥感探测方式切换至红外遥感探测方式或者微波遥感探测方式。
4.根据权利要求1所述的地表探测方法，其特征在于，所述在所述探测时间内控制所述留轨末级搭载的遥感载荷，对所述目标探测区域进行地表探测，获取所述目标探测区域的地表图像，包括：
获取所述留轨末级的推进剂剩余量、电能剩余量和当前运行速度；
基于所述推进剂剩余量、所述电能剩余量和所述当前运行速度，确定所述留轨末级的当前在轨总能量；
基于所述留轨末级的当前在轨总能量，以及所述留轨末级的能量消耗速率，确定所述留轨末级经过所述目标探测区域上空的探测次数，以及每次经过所述目标探测区域上空的探测时间；
在每次经过所述目标探测区域上空的探测时间内，对所述目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像。
5.根据权利要求4所述的地表探测方法，其特征在于，所述在每次经过所述目标探测区域上空的探测时间内，对所述目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像之后，所述方法包括：
在获取当前探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像后，在所述留轨末级运行进入所述目标轨道中的数据反馈区间的情况下，将所述当前探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像发送至地面监控站；
其中，所述数据反馈区间的中点是基于所述地面监控站与所述目标轨道之间的最小线段确定的；所述数据反馈区间的长度是基于所述地表图像的发送时间和所述留轨末级在所述目标轨道上的运行速度确定的。
6.根据权利要求4所述的地表探测方法，其特征在于，所述在每次经过所述目标探测区域上空的探测时间内，对所述目标探测区域进行地表探测，获取各个探测次数对应的所述目标探测区域的地表图像之后，所述方法包括：
在确定当前探测次数为最后探测次数的情况下，向所述箭上计算机发送离轨钝化指令，以使所述箭上计算机基于所述离轨钝化指令控制所述留轨末级离开所述目标轨道，保持所述留轨末级的各个设备在工作状态，直至所述留轨末级进入大气层被烧毁。
7.一种地表探测装置，其特征在于，包括：
控制单元，用于基于箭上计算机发送的星箭分离轨道的轨道参数，以及目标轨道的轨道参数，确定控制留轨末级从所述星箭分离轨道变轨至所述目标轨道的变轨控制参数；
变轨单元，用于将所述变轨控制参数发送至所述箭上计算机，以使所述箭上计算机控制所述留轨末级变轨至所述目标轨道；
确定单元，用于基于所述留轨末级在所述目标轨道上的实时运行位置，以及目标探测区域的地理位置，确定所述留轨末级经过所述目标探测区域上空的探测时间；
探测单元，用于在所述探测时间内控制所述留轨末级搭载的遥感载荷，对所述目标探测区域进行地表探测，获取所述目标探测区域的地表图像。
8.一种运载火箭，其特征在于，包括留轨末级；所述留轨末级至少包括箭上计算机、留轨控制器、姿轨控动力系统和遥感载荷；
所述姿轨控动力系统，与所述箭上计算机连接，用于接收所述箭上计算机的控制指令，控制所述留轨末级改变运行姿态和/或运行轨道；
所述遥感载荷，与所述留轨控制器连接，用于接收所述留轨控制器的控制指令，获取地表图像；
所述留轨控制器，与所述箭上计算机连接，用于执行权利要求1至6中任一项所述的地表探测方法。
9.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述计算机可读的存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至6中任一项所述的地表探测方法。
10.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行权利要求1至6中任一项所述的地表探测方法。
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| CN116834978B (zh) * | 2023-07-04 | 2024-03-08 | 东方空间技术(山东)有限公司 | 一种火箭末级的留轨方法、装置及设备 |
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