DE102006046647B4

DE102006046647B4 - Earth observation satellite with a mirror telescope

Info

Publication number: DE102006046647B4
Application number: DE200610046647
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Eckhardt
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-09-30
Also published as: DE102006046647A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Erdbeobachtungssatellit (1) mit einem Spiegelteleskop, umfassend einen Sekundärspiegel (3), mindestens eine abbildende optische Komponente (4), mindestens einen photosensitiven Sensor (5), eine Datenverarbeitungseinrichtung und eine Datenübertragungseinrichtung, wobei die Komponenten des Spiegelteleskops in einem Satellitengehäuse (10) angeordnet sind, wobei an dem Satellitengehäuse (10) oder dem Sekundärspiegel (3) mindestens drei Halbraumbeleuchter (6) angeordnet sind, wobei mindestens ein Primärspiegel (7) mit mindestens drei Kameras (8) außerhalb des Satellitengehäuses (10) angeordnet ist, wobei mittels der Kameras (8) die Position der Halbraumbeleuchter (6) erfasst wird und in Abhängigkeit der erfassten Position der Primärspiegel (7) definiert zum Sekundärspiegel (3) ausgerichtet wird.The invention relates to an earth observation satellite (1) comprising a reflecting telescope comprising a secondary mirror (3), at least one imaging optical component (4), at least one photosensitive sensor (5), a data processing device and a data transmission device, wherein the components of the reflecting telescope are housed in a satellite housing (10) are arranged, wherein at the satellite housing (10) or the secondary mirror (3) at least three Halbraumbeleuchter (6) are arranged, wherein at least one primary mirror (7) with at least three cameras (8) outside the satellite housing (10) is arranged , wherein by means of the cameras (8), the position of the Halbraumbeleuchter (6) is detected and depending on the detected position of the primary mirror (7) defined to the secondary mirror (3) is aligned.

Description

Die Erfindung betrifft einen Erdbeobachtungssatelliten mit einem Spiegelteleskop gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an earth observation satellite with a reflector telescope according to the generic term of claim 1.

Derzeitige höchstauflösende Satellitensysteme sind in der Lage, eine GSD (Ground Sampling Distance) bis zu 0,2 m zu erzielen. Derartige Systeme können eine panchromatische Information eindeutig bis zu einer Größe von 0,4 m erkennen. Diese Systeme können mit Hilfe eines oder mehrerer Primärspiegel eine Eingangsöffnung (Apertur) des Objektivs erreichen, die eine fokussierte Abbildung erlaubt.current High-resolution satellite systems are able to get a GSD (Ground Sampling Distance) up to 0.2 m to achieve. Such systems can provide panchromatic information clearly up to a size of 0.4 m recognize. These systems can with the help of one or more primary mirrors an entrance opening (aperture) of the lens, which allows a focused picture.

Der Nachteil derartiger Systeme besteht darin, dass sie über die Beugungsgrenze hinaus arbeiten und somit eine deutliche Beeinflussung der Auflösung in Kauf nehmen müssen. Daher sind mit den bekannten Systemen Auflösungen besser als 0,2 m nicht realistisch. Die Beugungsbegrenzung hängt von der Dimensionierung des Primärspiegels ab und dieser ist durch die Vorgaben der Trägerrakete hinsichtlich seiner maximalen Abmessungen limitiert.Of the Disadvantage of such systems is that they over the Diffraction limit also work and thus a significant influence the resolution have to accept. Therefore, resolutions better than 0.2 m are not possible with the known systems realistic. The diffraction limit depends on the dimensioning of the primary mirror and this is by the specifications of the launcher in terms of his maximum dimensions limited.

Aus der US 6,219,175 B1 sowie der US 2003/0227696 A1 ist jeweils ein gattungsgemäßer Erdbeobachtungssatellit mit einem Spiegelteleskop bekannt, umfassend einen Sekundärspiegel, mindestens eine abbildende optische Komponente, mindestens einen photosensitiven Sensor, eine Datenverarbeitungseinrichtung und eine Datenübertragungseinrichtung, wobei die Komponenten des Spiegelteleskops in einem Satellitengehäuse angeordnet sind.From the US 6,219,175 B1 as well as the US 2003/0227696 A1 In each case, a generic earth observation satellite with a reflector telescope is known, comprising a secondary mirror, at least one imaging optical component, at least one photosensitive sensor, a data processing device and a data transmission device, wherein the components of the mirror telescope are arranged in a satellite housing.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, einen Erdbeobachtungssatellit mit einem Spiegelteleskop zu schaffen, mittels dessen eine verbesserte Auflösung realisierbar ist.Of the Invention is therefore based on the technical problem of using a Erdobachtungssatellit to provide a reflector telescope, by means of which an improved resolution is feasible.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution the technical problem arises from the subject with the Features of claim 1. Further advantageous embodiments of Invention will become apparent from the dependent claims.

Hierzu umfasst der Erdbeobachtungssatellit mit einem Spiegelteleskop einen Sekundärspiegel, mindestens eine abbildende optische Komponente, mindestens einen photosensitiven Sensor, eine Datenverarbeitungseinrichtung und eine Datenübertragungseinrichtung, wobei die Komponenten des Spiegelteleskops in einem Satellitengehäuse angeordnet sind, wobei an dem Satellitengehäuse oder dem Sekundärspiegel mindestens drei Halbraumbeleuchter angeordnet sind, wobei mindestens ein Primärspiegel mit mindestens drei Kameras außerhalb des Satellitengehäuses angeordnet ist, wobei mittels der Kameras die Position der Halbraumbeleuchter erfasst wird und in Abhängigkeit der erfassten Position der Primärspiegel definiert zum Sekundärspiegel ausgerichtet wird. Somit wird es möglich, die Größe des Primärspiegels und somit die Apertur des Spiegelteleskops unabhängig von den Gehäuseabmessungen des Erdbeobachtungssatelliten zu wählen. Dabei sei angemerkt, dass die Ausbildung der Beleuchtungsquellen als Halbraumbeleuchter ausreichend ist, da üblicherweise der Primärspiegel sich oberhalb des Erdbeobachtungssatelliten befindet und daher die Beleuchtungsquellen nicht in Richtung Erde emittieren müssen. Allerdings wäre es unkritisch, wenn sie es dennoch täten. Ebenso sind Konstellationen möglich, wo die Beleuchtungsquellen als Laser ausgebildet sind, wenn durch andere Maßnahmen eine Grundausrichtung des Primärspiegels mit seinen Kameras gewährleistet ist, so dass die Kameras die Laser sehen können.For this The earth observation satellite includes a reflector telescope Secondary mirror, at least an imaging optical component, at least one photosensitive Sensor, a data processing device and a data transmission device, the components of the reflecting telescope being arranged in a satellite housing, being at the satellite housing or the secondary mirror at least three Halbraumbeleuchter are arranged, wherein at least a primary mirror with at least three cameras outside of the satellite housing is arranged, wherein by means of the cameras, the position of the Halbraumbeleuchter is recorded and depending the detected position of the primary mirror defined aligned to the secondary mirror becomes. Thus, it becomes possible the size of the primary mirror and thus the aperture of the mirror telescope independent of the housing dimensions Earth observation satellite. It should be noted that the education of the lighting sources as Halbraumbeleuchter is sufficient, as usual the primary mirror is above the earth observation satellite and therefore the Do not need to emit light sources towards earth. Indeed would it be uncritical if they did anyway. Likewise are constellations possible, where the illumination sources are formed as a laser, when through other measures a basic orientation of the primary mirror ensured with his cameras is so that the cameras can see the lasers.

Prinzipiell gibt es zur Anordnung des Primärspiegels in Relation zum Erdbeobachtungssatelliten zwei Ansätze, die auch miteinander kombiniert werden können.in principle there is the arrangement of the primary mirror in relation to the earth observation satellite two approaches, the can also be combined with each other.

In einer ersten Ausführungsform ist der Primärspiegel mittels eines Verbindungselementes am Satellitengehäuse befestigt. Dieses Verbindungselement kann dabei beispielsweise ein ausklappbarer Arm, ein ausfahrbarer Teleskop-Arm oder eine Konstruktion ähnlich der Befestigung von Sonnensegeln sein. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass bereits mindestens ein Freiheitsgrad zwischen dem Primärspiegel und dem Erdbeobachtungssatelliten festgelegt ist, was die hochgenaue Ausrichtung des Primärspiegels zum Sekundärspiegel erleichtert. Nachteilig ist, dass zwar die Abmessungen des Erdbeobachtungssatelliten nicht notwendigerweise größer werden, aber auf jeden Fall das Gewicht zunimmt. Hier sind dann Grenzen durch die zulässige Traglast der Rakete zu beachten.In a first embodiment is the primary mirror attached to the satellite housing by means of a connecting element. This connecting element can, for example, a fold-out arm, an extendable telescopic arm or a construction similar to the Fixing awnings to be. The advantage of this embodiment is that already at least one degree of freedom between the primary mirror and the earth observation satellite is set, what the highly accurate Orientation of the primary mirror to the secondary mirror facilitated. The disadvantage is that although the dimensions of the earth observation satellite not necessarily getting bigger, but in any case the weight increases. Here are limits by the permissible Pay attention to the load capacity of the rocket.

In einer zweiten Ausführungsform ist der Primärspiegel auf einem zweiten Satelliten angeordnet. Hierdurch wird sowohl das Problem der Abmessungen als auch der Nutzlast gelöst, allerdings ist der Aufwand zur Ausrichtung auf den Sekundärspiegel größer.In a second embodiment is the primary mirror arranged on a second satellite. This will both the Problem of the dimensions as well as the payload solved, however the effort to align with the secondary mirror is greater.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform emittieren die Halbraumbeleuchter definiert unterschiedlich. Beispielsweise werden diese mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert. Wichtig ist nur, dass die drei Kameras die drei Halbraumbeleuchter eindeutig unterscheiden können.In a further preferred embodiment emit the Halbraumbeleuchter defined differently. For example these are modulated with different frequencies. Important is just that the three cameras the three half-space illuminators clearly can distinguish.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Erdbeobachtungssatellit im geostationären Raum. Dies hat insbesondere im Fall der Ausführungsform mit mindestens einem weiteren Satelliten den Vorteil, dass die Relativbewegung zwischen den Satelliten geringer ist, was die Ausrichtung bzw. Nachführung der Ausrichtung erleichtert.In a further preferred embodiment, the earth observation satellite is in geostationary space. This has in particular in the case of the embodiment with at least one other Satellites the advantage that the relative movement between the satellites is lower, which facilitates the alignment or tracking of the alignment.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail. The Fig. Show:

1 eine schematische Darstellung eines Erdbeobachtungssatelliten mit Spiegelteleskop und einem Primärspiegel auf einem zweiten Satelliten und 1 a schematic representation of a Erdobachtungssatelliten with reflector telescope and a primary mirror on a second satellite and

2 eine schematische Darstellung eines Halbraumbeleuchters. 2 a schematic representation of a Halbraumbeleuchters.

In der 1 ist ein Erdbeobachtungssatellit 1 und ein zweiter Satellit 2 dargestellt, wobei der Erdbeobachtungssatellit 1 einen Sekundärspiegel 3, eine abbildende optische Komponente 4 und einen photosensitiven Sensor 5 umfasst. Des Weiteren umfasst der Erdbeobachtungssatellit 1 eine Datenverarbeitungseinrichtung, eine Datenübertragungseinrichtung sowie gegebenenfalls einen Massespeicher. An einem Gehäuse 10 des Erdbeobachtungssatelliten oder am Sekundärspiegel 3 sind drei Halbraumbeleuchter 6 angeordnet, wobei die Verbindung starr ist, so dass die Lage der Halbraumbeleuchter 6 zum Sekundärspiegel 3 fest ist. Daher ist die direkte starre Befestigung am Sekundärspiegel 3 auch zu bevorzugen.In the 1 is an earth observation satellite 1 and a second satellite 2 shown, with the Earth observation satellite 1 a secondary mirror 3 , an imaging optical component 4 and a photosensitive sensor 5 includes. Furthermore, the Earth observation satellite includes 1 a data processing device, a data transmission device and optionally a mass memory. On a housing 10 Earth observation satellite or secondary mirror 3 are three half-space illuminators 6 arranged, wherein the connection is rigid, so that the location of the Halbraumbeleuchter 6 to the secondary mirror 3 is fixed. Therefore, the direct rigid attachment to the secondary mirror 3 also to be preferred.

Der mindestens eine zweite Satellit 2 umfasst einen Primärspiegel 7 und drei Kameras 8. Mit Hilfe der Kameras 8, die definiert unscharf gestellt sind, werden die Halbraumbeleuchter 6 erfasst. Die Halbraumbeleuchter 6 sind dabei beispielsweise in der Frequenz moduliert, so dass diese eindeutig zuordenbar sind. Nunmehr ist der Satellit 2 in der Lage, mittels eines hochgenauen Ausrichtungsverfahrens seinen Primärspiegel 7 auf den Sekundärspiegel 3 auszurichten. Weitere Satelliten 2 können dies analog tun. Somit kann eine beliebig große Apertur realisiert werden, die von der Erdoberfläche kommendes Licht 9 über den Primärspiegel 7 auf den Sekundärspiegel 3 lenkt.The at least one second satellite 2 includes a primary mirror 7 and three cameras 8th , With the help of the cameras 8th Defocused Defined become the half-space illuminators 6 detected. The half-space illuminators 6 are modulated, for example, in frequency, so that they are clearly assigned. Now the satellite is 2 capable of generating its primary mirror by means of a highly accurate alignment process 7 on the secondary mirror 3 align. More satellites 2 can do this analogously. Thus, an arbitrarily large aperture can be realized, the light coming from the earth's surface 9 over the primary mirror 7 on the secondary mirror 3 directs.

In der 2 ist schematisch ein solcher Halbraumbeleuchter 6 dargestellt. Dieser weist beispielsweise eine Kugelkappe 11 auf, die das Licht gleichmäßig in den Halbraum abstrahlt.In the 2 is schematically such a half space illuminator 6 shown. This has, for example, a ball cap 11 on, which radiates the light evenly into the half-space.

Claims

Earth observation satellite with a reflector telescope, comprising a secondary mirror, at least one imaging optical component, at least one photosensitive sensor, a data processing device and a data transmission device, wherein the components of the mirror telescope are arranged in a satellite housing, characterized in that on the satellite housing ( 10 ) or the secondary mirror ( 3 ) at least three half-room illuminators ( 6 ), wherein at least one primary mirror ( 7 ) with at least three cameras ( 8th ) outside the satellite housing ( 10 ), whereby by means of the cameras ( 8th ) the position of the half-space illuminators ( 6 ) and depending on the detected position of the primary mirror ( 7 ) defined to the secondary mirror ( 3 ) is aligned.

Earth observation satellite according to claim 1, characterized in that the primary mirror ( 7 ) by means of a connecting element on the satellite housing ( 10 ) is attached.

Earth observation satellite according to claim 1, characterized in that the primary mirror ( 7 ) on a second satellite ( 2 ) is arranged.

Earth observation satellite according to one of the preceding claims, characterized in that the Halbraumbeleuchter ( 6 ) defined differently emit.

Earth observation satellite according to one of the preceding claims, characterized in that the earth observation satellite ( 1 ) is located in geostationary space.