[发明专利]一种深空探测器光学载荷配置方法

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器光学载荷配置方法。

背景技术

为了保障深空探测任务的顺利实施，确定探测器上光学载荷的成像效果和仪器配置种类至关重要，所获取的探测图像受到的关注度很高，而预先分析光学载荷的成像效果和确定仪器配置，是获取好的探测图像的前提。

为了展现光学载荷的成像效果和确定仪器配置，需对星体表面状态与探测器之间的相互影响以及光照情况，进行全面考虑。在早期论证、方案设计阶段，需要确定和分析各种光学载荷的成像效果和仪器配置，并较准确地分析和评估探测器在不同着陆姿态、不同星体表面状态和不同太阳光照情况下对星体表面的可视化效果。通过探测器星体表面工作状态可视化环境仿真分析，实现对各种光学载荷的实际效果的预估，不仅能较准确地评估探测器在星体表面工作时不同工况下的可视化效果，提高研制效率和设计水平、节约成本，还对飞行程序的准确制定、故障应对措施制定等方面具有重要意义。

目前用于深空探测器的光学载荷配置分析方法主要有：PROE软件分析、maya、3Dmax软件分析，纯理论的光学成像计算分析，不能直观、便捷、准确地确定和分析光学载荷的仪器配置和成像效果。

目前国外已有的深空探测器，主要类型包括用于轨道环绕探测的卫星，用于星体表面巡视或就位探测任务的探测器。这些仿真分析方法主要存在以下不足之处：

（1）ProE软件分析方法。在探测器构型布局的三维仿真基础上，简单分析光学载荷的安装位置，不能准确地分析光学载荷的视场遮挡情况和成像效果，以及不同着陆姿态、不同星体表面状态和不同太阳光照情况下的可视化效果。

（2）maya、3Dmax软件分析方法。在已确定光学载荷成像参数和安装布局的前提下，进行特定的着陆姿态、特定的星体表面状态和特定的太阳光照情况下的光学载荷可视化效果仿真，不能连续、直观分析不同着陆姿态、不同星体表面状态和不同太阳光照情况下光学载荷的成像效果，可交互性差。此外，在分析过程中，对深空探测器和星体表面环境需重新建模，建模时间长，操作冗余、复杂。

（3）纯理论的光学成像计算分析方法。只能分析光学载荷自身的成像参数和成像效果，而不能直观、准确地分析光学载荷的安装布局、不同着陆姿态、不同星体表面状态和不同太阳光照情况下的可视化效果。

为了同时实现直观、便捷、准确地确定和分析光学载荷的仪器配置和成像效果，以及评估探测器在不同着陆姿态、不同星体表面状态和不同太阳光照情况下对星体表面的可视化效果，确定深空探测器所搭载光学载荷的数量、安装位置、成像性能等仪器配置参数的要求，因此需要一种新形式的深空探测器光学载荷配置方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服基于ProE软件分析安装位置，光学载荷成像效果和可视化效果不直观，基于maya、3Dmax等软件交互性差，还需重新对深空探测器和星体表面环境建模的复杂性、冗余以及操作的繁琐，基于纯理论的光学成像计算分析不能直观分析光学载荷的安装位置和着陆姿态、星体表面环境、光照条件对其的影响因素等缺点，为确定深空探测器所搭载光学载荷的数量、安装位置、成像性能等仪器配置参数，以最小的资源代价实现最佳成像效果和最大范围的可视化效果，提出一种深空探测器光学载荷配置方法。

实现本发明的技术方案如下：

一种深空探测器光学载荷配置方法，具体步骤如下：

步骤一，创建探测器单元：导入探测器三维模型、模型轻量化处理、设置探测器模型材质属性、设置探测器模型机构运动部件的运动属性；

步骤二，创建星体表面环境单元：星体表面地形随机生成、星体表面典型地貌特征附加；

步骤三，创建动态光照单元：设置太阳高度角、方位角属性；

步骤四，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、星体表面环境三维模型及动态光照单元，通过对探测器的位置姿态参数、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；具体的过程为：

（1）从星体表面环境单元中选取星体表面场景，将所选的星体表面场景、动态光照单元及探测器单元导入到光学载荷可视化单元中；

（2）在光学载荷可视化单元中设置初始光学载荷成像属性；具体包括如下步骤：

i）从任务需求出发，根据任务的关键点和关键环节，对任务需求进行细化，分解成任务的具体观测目标；