视频小卫星凝视姿态跟踪的仿真与实验

基于轨道根数的低轨卫星轨道预测算法李丹;于洋【摘要】光电设备因太阳夹角变化、轨道遮挡等原因无法对卫星进行自动跟踪时,需要对卫星轨道进行预测.本文针对利用卫星轨道根数进行轨道预报时难以同时满足实时性和精度要求的问题,提出了一种新的基于轨道根数的卫星轨道预测方法.分析了卫星轨道的运行规律,根据低轨卫星的运行特点,利用椭圆曲线对卫星轨道进行预测,并对卫星轨道的轨道方程进行了近似处理.通过引入一些冗余变量简化了卫星轨道解算模型,在保证计算实时性的前提下,大大提高了轨道预测精度.实验显示:采用线性外推方法对卫星轨道进行预测时,预测5 s后,轨道预测的偏差会增大到10",而采用本文提出的基于轨道根数的卫星轨道预测算法,预测50 s后的最大预测偏差均不超过2",极大地提高了卫星轨道预测精度,实现了光电设备在无法对卫星进行自动跟踪时,能够对卫星进行“盲跟踪”.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2016(034)010【总页数】9页(P2540-2548)【关键词】低轨卫星;轨道预测;轨道根数;光电设备【作者】李丹;于洋【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】V423.4在现代化的光电测量装备对卫星进行跟踪时，一般都通过卫星轨道根数解算出卫星的轨道预报数据，在卫星过境时利用引导数据将卫星引入光学跟踪视场中，再利用跟踪传感器图像计算卫星的脱靶量，最终完成对卫星的自动跟踪。

目前国内外采用的方法是对卫星进行轨道预报，轨道预报是指在已知空间目标某一时刻状态的前提下，根据轨道动力学建立的模型，预测目标在之后一段时间内的轨道信息，其实质是求解描述空间目标运动的微分方程的过程。

最早的模型是开普勒定律描述的一个简单又抽象的力学模型，即一个质点以另一质点为中心的运动，通常称之为二体模型。

“高分四号”卫星凝视相机设计与验证高分四号卫星凝视相机设计与验证摘要：高分四号卫星是我国高分辨率对地观测系统的重要组成部分，具有高分辨率、广覆盖、高精度等特点。

其中凝视相机作为高分四号卫星最为关键的设备，可以实现高分辨率、高精度的地面观测。

本文主要介绍了高分四号卫星凝视相机设计与验证过程。

关键词：高分四号卫星；凝视相机；设计；验证一、引言高分四号卫星是我国首个商业卫星，也是我国高分辨率对地观测系统的重要组成部分。

凝视相机是高分四号卫星的核心设备，具有高精度、高分辨率等特点。

本文介绍了高分四号卫星凝视相机的设计与验证过程。

二、凝视相机设计高分四号卫星凝视相机的设计主要分为光学成像系统、控制系统和数据处理系统。

光学成像系统：采用三镜头多通道缩放光学系统，具有高分辨率、高灵敏度、高信噪比等特点。

该系统可以支持多种拍摄模式，包括单张拍摄、连续拍摄、红外拍摄等。

控制系统：主要包括定位系统、姿态控制系统和稳像系统。

定位系统可以实现准确定位和图像匹配，姿态控制系统可以实现卫星的精确定位和姿态控制，稳像系统可以实现图像的稳定输出。

数据处理系统：包括图像采集、图像预处理、压缩和传输等。

该系统可以将采集到的图像进行预处理，压缩和传输，保证图像数据的快速传输和存储。

三、凝视相机验证高分四号卫星凝视相机的验证主要包括地面模拟试验和实际应用试验。

地面模拟试验：采用精度高的光学设备对凝视相机进行模拟试验，在模拟环境下对凝视相机进行测试，包括分辨率、信噪比、灵敏度等。

通过地面模拟试验可以评估该设备的性能，并进行性能优化。

实际应用试验：将凝视相机应用于实际的图像采集和处理中，通过实地应用试验来验证凝视相机的性能和效果。

在实际应用试验中，将凝视相机和其他设备相结合，实现全面化的数据采集和处理，保证数据的有效输出。

四、结论高分四号卫星凝视相机作为重要的地面观测设备，在实际应用中具有良好的性能和效果。

本文介绍了凝视相机的设计过程和验证过程，未来还需根据实际情况进行性能优化和应用推广，以满足广泛的需求。

基于RTW和视景仿真的经纬仪跟踪控制仿真测试系统熊帅;付承毓;刘子栋【摘要】Testing on theodolite tracking control system is very important for the theodolite development. The function structure of the simulation test system was established. Real-time Workshop (RTW) was used to realize the tracking control algorithm fast. The virtual target motion scenes, which accord with the theodolite imaging character and effect and satisfy various simulation test demands, were rendered real-time based on the visual simulation technology. The practical applications show that this simulation test system can be used to test theodolite tracking control system and solve the limitation of traditional indoor test methods. It is not only convenient and fast, but also targeted and repeatable. The test system is quite useful to analyze and design theodolite tracking control system.% 在经纬仪研制中，对跟踪控制系统的测试具有十分重要的意义。

凝视视频卫星目标检测算法张作省;朱瑞飞【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2018(039)006【摘要】为了实现对高分辨率光学遥感视频卫星成像视场范围内的飞机目标进行快速高效检测,提出一种遥感影像快速目标检测方案.文章借鉴深度卷积神经网络模型YOLO系列算法高速检测目标优点,引入端对端式全卷积神经网络构建检目标测算法,通过实验统计和探索光学卫星成像视场范围大小对目标检测准确率和检测速度的影响,结合目标尺度进行网络调优、改进检测模型,得到基于凝视成像视频卫星目标检测的高效算法.运用算法对来自\"吉林一号\"光学A星及视频3星的影像数据集进行目标检测实验统计,在413张800像素×800像素的静态遥感影像测试集中实现76.2％的平均检测准确率,在同等尺度的遥感视频序列中实现31帧/s的检测速度.该算法成功将深度卷积神经网络技术引入到凝视视频卫星遥感应用领域,有效证明了深度学习技术在遥感视频识别领域的可行性.【总页数】10页(P102-111)【作者】张作省;朱瑞飞【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;中国科学院大学,北京100049;中国电子科技集团公司第二十八研究所,南京 210000;长光卫星技术有限公司,长春 130000【正文语种】中文【中图分类】TP753【相关文献】1.双目凝视系统中运动点目标实时检测算法 [J], 屈有山;樊学武;李英才;汶德胜;田维坚2.卫星视频运动目标检测算法 [J], 于渊博;张涛;郭立红;贺小军3.卫星视频中目标的快速检测算法研究 [J], 刘贵阳;李盛阳;邵雨阳4.顾及运动估计误差的"凝视"卫星视频运动场景超分辨率重建 [J], 卜丽静; 郑新杰; 张正鹏5.视频卫星对地凝视成像姿态调整技术研究 [J], 付凯林;杨芳;黄敏;黄群东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

敏捷小卫星对地凝视姿态跟踪控制陈雪芹;耿云海;王峰;李冬柏【摘要】研究了基于双框架控制力矩陀螺(DGCMG)的敏捷小卫星对地凝视成像过程中的姿态跟踪控制.首先,根据敏捷小卫星的特点和凝视成像任务需求设计执行机构配置方案.然后,根据轨道信息计算地面凝视目标的相对姿态和角速度；为避免控制力矩陀螺(CMG)奇异性的影响,同时设计了适当的控制律和操纵律.最后,通过在“试验三号卫星”的姿态轨道控制系统仿真平台上增加凝视成像任务需求并调整执行机构配置,建立敏捷小卫星姿态控制系统,对文中设计的方案和控制方法进行了数学仿真验证.仿真结果表明,该算法简单有效,能够实现敏捷小卫星对地凝视姿态跟踪,同时给出了DGCMG能够输出的最小框架角速率指标决定了姿态跟踪精度的结论.%The attitude tracking control of staring imaging of an agile small satellite driven by Double-Gim-baled Control Moment Gyroscopes (DGCMG) was investigated. Firstly, an actuator configuration scheme was developed according to the characteristics of agile satellite and the staring imaging mission requirements. Then, the orbit information was used to compute the relative attitude angle and attitude angular velocity of a staring imaging target with respect to the satellite body reference frame, and the proper control law and steering law were introduced to avoid the singularity of Control Moment Gyroscope(CMG). Finally, based on the "SY-3" satellite attitude and orbit control simulation platform, the agile small satellite closed-loop control simulation system was established by taking the mission requirements and the actuator adjustments into account and the proposed design scheme and control method were verified in amathematical simulation. Obtained results show that the presented solution is effective for staring imaging attitude maneuver control of the agile small satellite and the least gimbal angle rate of DGCMG is the most important factor to determinate attitude tracking precision.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2012(020)005【总页数】10页(P1031-1040)【关键词】敏捷卫星;控制力矩陀螺;操纵律;凝视成像;姿态跟踪【作者】陈雪芹;耿云海;王峰;李冬柏【作者单位】哈尔滨工业大学卫星技术研究所,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨工业大学卫星技术研究所,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨工业大学卫星技术研究所,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨工业大学卫星技术研究所,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】V448.221 引言通常，对姿态或轨道控制有快速机动要求的小卫星称为敏捷小卫星。

敏捷机动小卫星姿态的非线性自适应控制及实验研究谌颖;楚中毅;徐静怡【摘要】针对敏捷小卫星在运行过程中遇到的各种不确定性和干扰等问题,研究了以单框架控制力矩陀螺(SGCMGs)为执行机构的小卫星姿态机动和跟踪控制方法.在航天器动力学建模时考虑了执行机构的模型;设计了一种具有自适应能力的非线性控制器,并利用Lyapunov理论证明了控制系统的渐近稳定性;为校验该方法的有效性,搭建了基于SGCMGs的敏捷卫星姿态控制系统的半物理仿真实验平台,并考虑模型不确定性、外界干扰及执行机构控制力矩受限的情况进行了半物理仿真实验,相关结果校验了本文方法的有效性.【期刊名称】《宇航学报》【年(卷),期】2014(035)002【总页数】8页(P177-184)【关键词】敏捷小卫星;控制力矩陀螺;自适应控制;半物理实验【作者】谌颖;楚中毅;徐静怡【作者单位】北京控制工程研究所,北京100190;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院小卫星与深空探测技术研究所,北京100191;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院小卫星与深空探测技术研究所,北京100191【正文语种】中文【中图分类】V448.220 引言随着航天技术的发展，以及飞行任务等对地观测的需求，敏捷机动成为卫星的重要功能之一，如卫星对地成像、对地目标的跟踪及精确指向［1］等功能都要求卫星具有快速机动的能力。

低轨敏捷机动小卫星以其对目标的精确跟踪、对地观测范围广、收集信息量大等特点成为科研人员研究的热点之一［2－3］。

小卫星要实现敏捷机动的能力需要较大的姿态控制力矩，但是在重量受限的情况下，动量轮和反作用飞轮等所产生的力矩已不能满足小卫星敏捷机动功能的需求，而控制力矩陀螺(Control Moment Gyro，CMG)因其自身小质量就可以获得较大输出力矩的特点成为敏捷小卫星首选的控制执行机构。

另一方面，在轨运行的卫星会受到各种干扰、模型不确定性［4－5］等因素的影响，这会严重影响姿态控制精度，进而影响姿态机动和姿态跟踪性能。