空间相机主控系统的控制策略研究
本文选题:遥感相机 + 主控系统 ; 参考:《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》2016年博士论文
【摘要】:随着现代科学技术的飞速发展,对空间相机遥感成像质量提出了更高的要求。为了满足高分辨率、宽视场的需求,使得相机焦距越来越长、体积越来越大、CCD数量越来越多、信息量越来越大,对于相机主控系统来说,其数据处理与控制工作也越来越复杂。由于我国大部分空间相机分辨率较低,主控系统的控制方法简单,其工作方式通常都是由地面控制中心对卫星下传的遥测数据进行人工判读,根据判读结果检查相机状态的正确性,然后再经过地面控制中心发送遥控指令,控制相机的成像工作,进而耗费较多的人力资源。随着高分辨率、宽视场相机的发展与需求,数据信息量加大,控制愈加复杂,传统的人工判读方法存在误判、漏判的风险。同时,如果相机在轨工作期间出现故障,不能及时有效的处理,相机只能带病生存,给设备带来局部乃至整体毁坏的隐患。因此有必要开展空间相机主控系统的控制策略研究,即在主控系统完成以往正常工作的基础上,同时能够具有自主处理功能,提高系统可靠性。本文调研了国内、外空间相机的技术发展,以及自动控制技术在空间相机控制领域中的应用现状,结合在研某型号高分辨率离轴详查相机项目,根据空间相机控制系统的工作特性,开展了控制策略相关技术研究。论文主要内容如下:分析了空间相机控制系统的主要功能和星上工作时的主要任务,设计了控制系统与子系统以及卫星的数据传输协议格式,为确保空间相机主控系统的控制策略实现奠定了基础。针对空间相机数据信息量不断增多,为满足在轨工作实时性要求,提出了基于离散型Hopfield神经网络的遥测数据处理方法并对其进行算法改进。利用离散型Hopfield神经网络的联想记忆能力,判断遥测数据是否异常,主控系统根据判断结果进行故障等级划分,结合故障等级,动态调整神经单元。有效地缩短了通讯周期,提高了数据分析的处理速度。为提高空间相机的可靠性,使相机具有自主控制能力,提出了基于分层递阶智能控制的遥控指令处理方法。首先识别遥测数据故障等级;然后结合遥控指令对故障单元进行针对性的隔离、监测或恢复处理。增强了相机快速响应处理能力,提高了设备的安全性。为简化设计过程,进行了空间相机主控系统的硬件电路模块化设计。便于电路的重利用,缩短了单板设计周期。通过实验对主控系统的控制策略方法进行测试。实验结果表明,运用本文的策略方法,不仅可以减轻人工判读的负担,提高遥测数据分析的准确性,更重要的是能根据判读的结果进行有针对性的故障隔离与恢复,确保空间相机在轨工作期间的稳定与可靠,为相机顺利、圆满完成在轨成像任务提供了保障。系统待机运行周期为50ms,正常工作所需时间为150ms,运行时间短,处理速度快,具有实际的意义与应用价值。
[Abstract]:With the rapid development of modern science and technology, the quality of remote sensing imaging of space camera is required higher. In order to meet the demand of high resolution and wide field of view, the focus of camera becomes longer and longer, the number of CCD is more and more, and the amount of information is more and more. For the main control system of camera, the data processing and control work is becoming more and more complicated. Because the resolution of most space cameras in our country is low and the control method of the main control system is simple, its working mode is usually interpreted manually by the ground control center to the telemetry data transmitted down by the satellite. The state of the camera is checked according to the interpretation result, and then the remote control command is sent through the ground control center to control the imaging of the camera, thus consuming more human resources. With the development and demand of high resolution, wide field of view camera, the amount of data information increases and the control becomes more and more complicated. The traditional manual interpretation method has the risk of misjudgment and missed judgment. At the same time, if the camera in orbit during work failure, can not be timely and effective treatment, the camera can only live with disease, to the equipment and even the whole destruction of the hidden danger. Therefore, it is necessary to study the control strategy of the main control system of space camera, that is, on the basis of the normal work of the main control system in the past, it can have the function of autonomous processing and improve the reliability of the system at the same time. This paper investigates the technical development of domestic and foreign space cameras, and the application status of automatic control technology in the field of space camera control. According to the working characteristics of the space camera control system, the related technology of the control strategy is studied. The main contents of the thesis are as follows: the main functions of the space camera control system and the main tasks of the onboard operation are analyzed, and the data transmission protocol format of the control system, subsystem and satellite is designed. It lays a foundation for the realization of the control strategy of the main control system of space camera. In order to meet the real-time requirement of on-orbit operation, a remote sensing data processing method based on discrete Hopfield neural network is proposed and its algorithm is improved. The associative memory ability of discrete Hopfield neural network is used to judge whether the telemetry data is abnormal or not. The main control system classifies the fault grades according to the judging results and adjusts the neural unit dynamically according to the fault level. The communication cycle is shortened effectively and the processing speed of data analysis is improved. In order to improve the reliability of space camera and make the camera have the ability of autonomous control, a remote command processing method based on hierarchical intelligent control is proposed. First, the fault level of telemetry data is identified, and then the fault unit is isolated, monitored or recovered in combination with remote control instructions. The fast response processing ability of the camera is enhanced, and the security of the equipment is improved. In order to simplify the design process, the modularization design of hardware circuit of the main control system of space camera is carried out. It is easy to reuse the circuit and shorten the design cycle of single board. The control strategy of the main control system is tested by experiments. The experimental results show that the proposed method can not only reduce the burden of manual interpretation, but also improve the accuracy of telemetry data analysis. It ensures the stability and reliability of the space camera in orbit, which provides the guarantee for the camera to complete the imaging in orbit successfully. The standby running period of the system is 50 Ms, the normal working time is 150 Ms, the running time is short, the processing speed is fast, and it has practical significance and application value.
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V445.8
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 贾海涛;韩旭;吴清文;刘宏伟;;梁单元在空间相机结构中的应用[J];微计算机信息;2009年19期
2 孙天宇;;空间相机空间环境专项试验设计[J];光机电信息;2011年12期
3 武星星;刘金国;周怀得;张博研;;基于光照条件的空间相机增益在轨自动调整[J];光学学报;2014年03期
4 李朝辉,武克用;图像矩心内插法在空间相机实时检焦中的应用[J];光学精密工程;2000年04期
5 李朝辉,匡海鹏,韩昌元,武克用;空间相机相关法实时检焦技术研究[J];仪器仪表学报;2002年02期
6 单宝忠,武克用,卢锷;结合有限元法的空间相机优化设计[J];光学精密工程;2002年01期
7 吴清文,杨洪波,杨近松,陈长征,王忠素,刘宏伟,高明辉;空间相机中主镜及其支撑方案设计与分析方法[J];光学技术;2004年02期
8 李威;李朝晖;颜昌翔;王延风;王家骐;;胶片型空间相机的快门设计和研究[J];光学精密工程;2005年S1期
9 陈荣利,赵信民,解永杰,马臻,樊学武,李英才;高分辨率空间相机的工程分析[J];光子学报;2005年02期
10 项卫国;常宁华;;空间相机中与大口径透镜有关的结构设计分析[J];航天返回与遥感;2006年01期
相关会议论文 前10条
1 王兵;李春林;阳明;;空间相机热管理技术[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年
2 张培坤;高伟;宋宗玺;;一种空间相机的数据通信系统设计[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 王虎;白瑜;罗建军;;大口径长焦距高分辨率空间相机光学系统设计[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年
4 宁飞;贺庚贤;王栋;;空间相机仿真测试方法[A];第十三届全国光学测试学术讨论会论文(摘要集)[C];2010年
5 张雷;王栋;金光;;轻型空间相机热补偿与结构一体化设计研究[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年
6 王永辉;范斌;蔡伟军;卜勇力;;空间相机大口径反射镜支撑技术概述[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年
7 王晓东;吕宝林;李丙玉;曲洪丰;;空间相机高速科学数据数传接口信号特性研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
8 王伟刚;雷文平;曹东晶;项卫国;;等热阻异型导热结构在空间相机应用[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年
9 胡斌;黄颖;苏云;;透射式空间相机消热差无热化设计[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
10 张博文;;微振动对刚体空间相机图像质量的影响分析[A];第二届高分辨率对地观测学术年会论文集[C];2013年
相关博士学位论文 前8条
1 郭权锋;同轴三反空间相机结构稳定性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
2 赵庆磊;空间相机主控系统的控制策略研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年
3 陈新东;应用于空间相机的主动变形镜研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
4 王国辉;空间相机胶片传输控制系统研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2001年
5 李伟雄;高分辨率空间相机敏捷成像的像移补偿方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
6 李威;空间相机主次镜间支撑结构技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
7 刘海龙;空间相机振动参数检测及降质图像复原[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年
8 程强;基于PD方法的空间相机位相信息反演技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
相关硕士学位论文 前10条
1 邓平;TMA空间相机连接可靠性设计[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年
2 袁健;大型空间相机出瞳镜精密调整结构设计与分析[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年
3 王红娟;微振动对空间相机像质影响研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2013年
4 刘旭跃;空间相机故障诊断专家系统的研究与实现[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
5 李颖;空间相机动力学分析[D];西北工业大学;2003年
6 周旭;空间相机快门装置结构分析及优化研究[D];华中科技大学;2012年
7 罗彬;空间相机快门装置结构设计及寿命试验研究[D];华中科技大学;2013年
8 谭进国;空间相机小型反射镜周边支撑结构研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
9 刘阳;空间CCD相机的结构设计改进与动力学分析[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2009年
10 张明;××-1-B空间相机结构及轻量化设计[D];同济大学;2007年
,本文编号:1807793
本文链接:https://www.wllwen.com/guanlilunwen/renliziyuanguanlilunwen/1807793.html