[发明专利]一种深空探测两器释放分离监视系统

说明书

技术领域

本发明属于航天光学载荷技术领域，具体涉及一种深空探测两器（着陆器与巡视器，以下简称两器）释放分离监视系统。

背景技术

相机是卫星或探测器的眼睛，是几乎所有卫星或探测器都要搭载的主要载荷。美国、欧洲及日本等国家在进行深空探测活动中，在他们的着陆器或月球车上都搭载了多台相机，承担照相、监视、辅助导航等任务，或通过配置多种类型的相机来实现更多功能。

与地球应用卫星相比，由于深空探测器的速度增量需求较大，重量的增加将急剧增加推进剂的需求，因此，深空探测器对各个探测仪器的重量要求更为苛刻。轻小型相机是我国深空探测的任务需求，也是未来技术发展的必然趋势。

目前国外用于深空探测器中监视相机，其主要任务包括月球或火星降落过程监视、月球车或火星车行驶状态监视、月球或火星表面地貌观测。目前国内用于深空探测器中的监视相机，其主要任务包括：太阳翼展开、定向天线展开、490N发动机等状态监视。因此，国内外深空探测器的监视任务中尚无两器释放分离过程监视。

此外，目前航天领域卫星上的监视系统配置的实现途径，主要有如下几种方式：

（1）通过相机与机构运动部件配合工作，实现监视功能。这种途径增加了机构运动部件的控制与工作工程，增加了风险环节，也因增加1套运动部件，带来较大的重量和功耗需求。

（2）采用具备变焦功能的相机，能够兼顾近距离和远距离成像，具有较好的观测距离适应能力。但是变焦相机的实现，将在温控、重量、功耗、安装尺寸、防尘、控制等方面产生一定的影响，对于深空探测工程带来较大难度。目前深空探测领域尚无变焦相机。

（3）采用摄像机，其帧频较高，视频图像很连贯，但由于数传码速率的限制和实时下传的需求，必会要求摄像机的探测器像元数少或图像压缩比高，导致摄像机图像的分辨率较低。

发明内容

本发明的目的是克服相机与机构运动部件配合方式带来的大重量和高功耗资源利用，变焦相机在深空探测工程中实现难度大，摄像机实时下传图像的低分辨率等缺点，针对共同实现两器释放分离过程、巡视器月面移动状态、月面地貌观测的任务需求，提出一种深空探测两器释放分离监视系统。

本发明的技术解决方案是：

一种深空探测两器释放分离监视系统，

着陆器机械坐标系O-XYZ预定义：坐标原点O为对接环下端框、着陆器与运载火箭对接法兰的理论圆心；X轴为过坐标原点，垂直于器箭分离面指向主结构方向；Z轴为过坐标原点指向巡视器转移机构方向；Y轴为与X轴、Z轴构成右手坐标系；

巡视器机械坐标系O'-X'Y'Z'预定义：坐标原点O'为结构底板对月面的理论几何中心点；X'轴位于结构底板对月面内，+X'轴指向巡视器前进方向；Z'轴为沿结构底板对月面法线方向，+Z'轴指向月面；Y'轴与Z'轴和X'轴构成右手坐标系；该系统主要由监视相机A、监视相机B及监视相机C组成；其中，监视相机A安装在着陆器顶板上靠近+Y侧和-Z侧，其俯仰角为15°，偏航角为40°；监视相机B安装在着陆器顶板上靠近+Y侧和+Z侧，其俯仰角为15°，偏航角为40°；监视相机C安装在着陆器+Z侧板，相机俯仰角为-15°，偏航角为0°；

所述监视相机A，在两器分离解锁时，用于观测巡视器±Y'侧后轮以及对应轮的板簧状态，观测巡视器-X'面的分离插头和脐带电缆的连接状态，所述监视相机A的有效像元数量为1024×1024，视场角为60°×60°且偏差不超过5%，量化值为8bit，成像距离为0.2m～3m；

所述监视相机B,在巡视器运行到转移机构上时，用于观测巡视器+Y'侧后轮相对+Y'侧转移机构短梯斜边的位置状态,所述监视相机B的有效像元数量为1024×1024，视场角为60°×60°且偏差不超过5%，量化值为8bit，成像距离为0.2m～3m；

所述监视相机C，在巡视器从转移机构转移至月面的过程，用于观测巡视器在着陆器+Z方向近距离的月面移动状态及着陆器+Z方向的月面地貌状态，在巡视器移动到月面上后，用于观测巡视器转移机构与月面的接触区域,所述监视相机C的有效像元数量为1024×1024，视场角为60°×60°且偏差不超过5%，量化值为8bit，成像距离为1m～20m；

三台监视相机将监视到的状态传输出去。

进一步地，本发明所述监视相机A、监视相机B、监视相机C均为彩色相机，且都可以实现静态拍照和动态摄像，均能够自动和遥控调节且可以消减杂散光，能够对图像和视频进行压缩。