[发明专利]一种自由重构和协同观测的对地观测纳卫星集群系统

权利要求书

1.一种自由重构和协同观测的对地观测纳卫星集群系统，其特征在于包括四颗纳卫星，其中一颗卫星为主星，另外三颗卫星为从星，分别记为第一从星、第二从星和第三从星；

主星接收地面控制站发送的控制指令设置系统工作状态，所述系统工作状态包括分散态；当系统工作在分散态时，四星分散布置，主星接收地面控制站发送的模式切换指令设置并向从星发送协同对地观测模式，获取自身的位置、姿态信息，根据协同对地观测模式获取地面目标的图像信息，各协同对地观测模式下，从星根据模式切换指令和主星位置、姿态信息，实时调整自身位置和姿态，调整到位之后，与主星一起协同获取地面目标的图像信息；四星将目标图像信息、姿态信息和相对位置信息通过主星转发至地面控制站，由地面控制站根据不同的协同对地观测模式、四星的姿态信息和相对位置信息，对图像信息进行融合处理得到观测结果；

所述协同对地观测模式包括：多目标观测模式、沿迹拼接观测模式、垂轨拼接观测模式、接力凝视观测模式、同目标多角度观测模式；

垂轨拼接观测模式下，各卫星之间距离沿轨道依次间隔第一预设距离，各星光轴沿着卫星滚转轴旋转一定角度，然后将期望的位置、姿态信息发送到指定的从星，从星根据期望的位置、姿态信息调整相对位置和姿态，对该姿态下视场中的目标进行观测，并将拍摄的图像反馈到主星；

多目标观测模式下，各卫星之间距离沿轨道依次间隔相同的第二预设距离，各卫星对准不同的目标进行观测，主星求解出各颗从星所要到达的期望位置和姿态，将期望位置和姿态发送至各从星，从星机动到期望的位置上，使自身与主星的距离满足第一预设距离，再根据待测目标的位置，调整姿态，使光轴指向待测目标，对该姿态下视场中的目标进行观测，并将拍摄的图像反馈到主星；

沿迹拼接观测模式下，各卫星之间距离沿轨道依次间隔第三预设距离，各星光轴稳定指向地心方向，主星将期望的位置、姿态信息发送到各颗从星，从星根据期望的位置、姿态信息调整相对主星的位置和姿态，对该姿态下视场中的目标进行观测，并将拍摄的图像反馈到主星；

接力凝视观测模式下，主星发送模式给从星之后，各卫星调整自身的位置进入观测轨道，各星之间沿轨道依次间隔第五预设距离，主星调整自身姿态对准被观测目标开始观测，同时发送姿态角调整指令给第一从星，第一从星收到姿态角调整指令之后，开始机动调整姿态对准目标，进行光轴的指向跟踪，做好观测准备，等到运动到被观测目标上空时，开始观测，并将图像信息实时通过主星发送至地面控制站，同时将姿态角调整指令发送给第二从星，以此类推，第二从星开始观测时，发送姿态角调整指令给第三从星，第三从星做好观测准备，等到运动到被观测目标上空时，开始观测，并将拍摄的图像反馈到主星，实时通过主星发送至地面控制站；

同目标多角度观测模式下，主星对工作模式进行解算，得到各卫星之间距离沿轨道依次间隔第四预设距离，各星光轴指向同一地面目标，主星将期望的位置、姿态信息发送到各从星，从星根据期望的位置、姿态信息，调整轨道和姿态，对该姿态下视场中的目标进行观测，并将拍摄的图像反馈到主星。

2.根据权利要求1所述的一种自由重构和协同观测的对地观测纳卫星集群系统，其特征在于：所述一定角度为5°或7.5°。

3.根据权利要求1所述的一种自由重构和协同观测的对地观测纳卫星集群系统，其特征在于所述工作状态还包括聚集态，当系统工作在聚集态时，四星通过对接轴连接形成组合体，主星接收地面控制站发送的构型切换指令设置不同编队构型方式，从星根据不同的编队构型方式调整位置和姿态，完成对接，四星形成不同形状的组合体，从而实现观测视场的拼接和叠加。

4.根据权利要求3所述的一种自由重构和协同观测的对地观测纳卫星集群系统，其特征在于所述编队构型方式包括：1×4组合构型、2×2组合构型和Z形组合构型：

1×4组合构型下，四颗卫星串联组合，相邻的两颗卫星之间保持一定的对接角度，实现视场的叠加和拼接；当四颗卫星以扇形组合时，得到1×4的视场；当两边的纳卫星向不同方向转动时，得到1×3的视场；当两边的纳卫星向相同方向转动，可得到1×2的视场；

2×2组合构型下，四颗卫星构成2行2列的“田”字组合，使得四颗纳卫星的视场基本重合。