深空探测器用轻质低耗模块化监测系统的制作方法

1.本发明涉及深空探测器工程监测领域，具体地，涉及一种深空探测器用轻质低耗模块化监测系统。


背景技术：

2.深空探测是指利用人造航天器对地球、月球以远的天体实施探测活动。相比于近地探测，深空探测任务具有任务体量大、技术难度相对高等特点，每一项深空探测任务都兼具科学、技术、经济等多方面的重大意义。
3.光学成像技术具有眼见为实的技术特点，可有效展示被监测对象的外观状态。随着光学监测相机的技术发展，微型化、轻量化光学监测相机正在各个领域中取得广泛应用。在国外多项航天任务中，采用了光学成像技术获取探测器的工程状态，同时实现较好的公众展示作用。
4.与近地航天任务相比，深空探测任务具有任务飞行周期长、距离地球远等特点。远距离将会对深空探测器与地球之间的通信提出更为苛刻的要求，这就要求深空探测器对地数据传输需求越小越好；另一方面，由于距离远，地面对深空探测器的监视与控制将会存在延时，对深空探测器的自主管理提出较高要求。此外，对于飞行方向远离地球的深空探测器，能源将成为另一大约束，深空探测器选配的设备应尽量低能耗。
5.经对现有技术的检索，对比专利包括：
6.专利文献为cn201410234228.7的发明专利公开了一种用于深空探测的低功耗、轻小型、多功能空间相机及其实现方法。披露了一种质量460g、成像距离5m至∞的单个空间相机，对其电子器件选型、支撑结构设计细节进行了描述。但是该方案为单设备，不具备模块化组合应用功能，无法实现多方位多目标视角监测。
7.专利文献为cn201410106480.x的发明专利公开了一种深空探测两器释放分离监视系统。披露了使用三台固定安装的相机实现月球探测两器释放分离过程、巡视器月面移动状态、月面地面观测任务。但是该方案中三台相机各不相同、性能参数不一致、应用场景也各有不同，不具备通用化，未对三台相机之间的连接、与探测器平台的连接状态进行约束。
8.专利文献为cn201410106494.1的发明专利公开了一种深空探测两器互拍成像系统。采用地形地貌相机、相机指向机构云台、全景相机及桅杆云台组成互拍成像系统，通过相机加机构运动部件配合实现月球着陆器和月球巡视器之间的互拍。
9.专利文献为cn103278179a的发明专利公开了一种空间相机场曲检测装置及检测方法，包括大口径标准镜头；接收大口径标准镜头平行光且位于其下端的空间相机；其下表面位于大口径标准镜头焦面位置的光学引擎；与光学引擎相连的z方向微位移平台；与z方向微位移平台相连的数据处理显示及同步控制系统；与数据处理显示及同步控制系统相连的30个光学探头和xy方向微位移调节架，30个光学探头安装在xy方向微位移调节架上以三行十列排布；其上表面位于空间相机焦面位置的平板，30个光学探头位于平板的下端；分别
固定在平板两端的两个z方向调节支座。但是上述方案无法解决轻质低耗等功能。
10.基于上述需求，将光学成像技术应用至深空探测器时将面对更为苛刻的要求，对光学监测设备提出轻质、低耗、自主等需求，同时为了保证产品使用便利对监测设备的通用化、适用性、模块化都提出了较高的要求。结合深空探测器工程状态监测及公众展示任务需求，基于微型光学监测相机建立一种深空探测器用轻质低耗模块化监测系统，有效获取深空探测器各关键部位、关键动作的运行状态。


技术实现要素：

11.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种深空探测器用模块化监测系统。
12.根据本发明提供的一种深空探测器用模块化监测系统，包括：电控模块和监视模块，电控模块和监视模块电缆连接；电控模块通过电缆连接深空探测器平台；
13.监视模块获取监视视场内的图像信息，并传输至电控模块；
14.电控模块完成监控模块图像数据的接收，将图像数据与电控模块采集的状态信息进行组合，并传送给深空探测器平台；
15.监视模块、电控模块均配有热敏电阻和加热片，电控模块实时采集电控模块和监视模块的热敏电阻信息进行温度情况判断，并进行相应的加热片加断电控制。
16.优选地，所述状态信息包括温度信息、供电状态信息。
17.优选地，所述电控模块与监视模块之间采用直供电。
18.优选地，所述电控模块由深空探测器平台进行供电控制，供电指令响应端位于深空探测器平台。
19.优选地，单个电控模块配置一个或多个监视模块。
20.优选地，单个电控模块和三个监视模块总质量小于400g。
21.优选地，所述监视模块采用单工作模式设置，为动态成像模式，帧频为每秒25帧，成像距离大于等于0.2m。
22.优选地，，所述电控模块、监视模块的默认控温范围为
‑
35℃到0℃；所述温控范围存储于电控模块中。
23.优选地，所述电控模块默认工作模式为，以轮询的方式每秒提取一幅图像信息，配置n个监视模块时，轮询提取一组的周期为n秒。
24.优选地，电控模块输出数据量不大于1mbps。
25.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
26.1、本发明根据深空探测器关键部位的工程状态监测需求，采用由电控模块加监视模块组成的工程监测系统，利用单个电控模块集中控制多个监视模块。
27.2、本发明采用轻量化设计实现轻质化；采用自主温控及数据组合设计实现自主性，除供电控制外无需平台进行工作模式控制。
28.3、本发明采用定制化工作模式设计，实现低数据量输出需求，并满足不同任务需求的优化与调整。
29.4、本发明实现低资源消耗及硬件配置约束下完成深空探测器关键部位的工程监测任务。
附图说明
30.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
31.图1为本发明深空探测器用轻质低耗模块化监测系统组成及功能框图。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
33.如图1所示，根据本发明提供的一种深空探测器用轻质低耗模块化监测系统，采用模块化设计，包括电控模块、监视模块；电控模块具备图像信息接收与处理、温度及供电状态信息采集、图像及状态信息数据组合、温度信息判断及加热片供电自主控制、二次电源转换及监视模块直供电等功能。监视模块具备动态影像采集功能，通过有线连接将图像数据传输给电控模块。所述电控模块与监视模块采用电缆连接，实现直供电、图像数据传输、热敏电阻信息采集及加热片供断电控制。电控模块与深空探测器平台采用电缆连接，实现供断电控制、图像及状态数据传输。所述监视模块、电控模块均配有热敏电阻、加热片，电控模块实时采集电控模块自身、监视模块的热敏电阻信息进行温度情况判断，自主进行相应的加热片加断电控制，实现自主温控管理；所述监视模块具备成像功能，采用动态成像模式获取其监视视场内的图像信息，并传输至电控模块；所述电控模块完成监控模块图像数据的接收，将图像数据与电控模块采集的温度、供电等状态信息进行组合，并传送给深空探测器平台；所述电控模块与监视模块之间采用直供电，当电控模块加电后，监控模块即处于加电状态；所述电控模块由深空探测器平台进行供电控制，供电指令响应端位于深空探测器平台；所述轻质低耗模块化监测系统无需工作模式设置、复位等指令控制。
34.所述电控模块、监视模块的本体采用轻质航天材料，在满足力学需求的情况进行轻量化设计，以减少整个系统的质量；单电控模块加三个监视模块总质量小于400g。
35.电控模块内部配置继电器，用于将深空探测器平台的一次供电转换为电控模块内部、监视模块所需的供电电压。
36.一个电控模块标准配置三个监视模块，可配置少于三个监视模块；当需求大于三个监视模块时，可视需求配置多套轻质低耗模块化监测系统。监视模块采用单工作模式设置，为动态成像模式，帧频为每秒25帧，成像距离0.2m至∞。监视模块采用自动曝光模式，无需外部指令进行调整，以提升轻质低耗模块化监测系统自主性。监视模块工作模块包含可见光及近红外波段，以提升成像环境适应性。
37.电控模块、监视模块的默认控温范围为
‑
35℃到0℃；该温控范围存储于电控模块中，可根据任务需求在产品交付前进行调整。
38.电控模块默认工作模式为，以轮询的方式每秒提取一幅图像信息，配置n个监视模块时，轮询提取一组的周期为n秒；电控模块工作模式可进行预先制定，可根据任务需求在产品交付前进行设置。
39.轻质低耗模块化监测系统对外输出数据量不大于1mbps，以满足深空探测低数据
率需求。
40.监视模块根据被监测对象的位置及监测需求就近布局，必要时可采用定制的安装支架；电控模块以到多个监视模块综合距离最短为原则进行布局，以保证布局紧凑、电缆长度需求最短。
41.本发明通过合理的布局、必要时采用定制的安装支架，将监视模块的视场对准深空探测器的太阳翼、大口径天线、发动机等关键部位，从而实现深空探测器关键部位及其运行状态的工程影像获取。
42.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。