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申请/专利权人：北京空间飞行器总体设计部

摘要：本发明公开了一种适用于地外天体探测的可分离式无线组网成像系统及成像方法。本发明成像系统包括一台无线控制单元和若干无线相机，无线控制单元和无线相机采用无线连接通信方式，无线相机又分为固定式和分离式，解决了地外天体探测第三视角成像难题，实现在地外天体上独立自主成像，获取更加独特视角的图像和视频数据，更具有关键环节工程状态监视的可视性及展示度，实现了人类首次获取火星车在火星表面移动的过程影像。

主权项：1.一种适用于地外天体探测的可分离式无线组网成像系统，其特征在于，包括：无线控制单元和若干无线相机；其中，无线相机包括固定式和分离式；固定式和分离式的无线相机均安装在探测器上，分离式无线相机即在固定式无线相机上设置分离装置，通过分离装置实现与探测器的分离；所述分离装置包括电分离接口、分离机构和相机固定结构，其中，相机固定结构一方面固定无线相机，另一方面通过分离机构安装在探测器上；分离装置在探测器系统管理单元提供的一次电源的控制下实现解锁，即完成无线相机与探测器的分离；所述无线相机内置有成像模块、供电模块和无线通信模块；其中，无线相机与无线控制单元或通过分离装置的电分离接口与无线控制单元连接，根据无线控制单元转发的成像开关指令进行开机，并同时启动供电模块实现自供电、启动无线通信模块建立无线通信链路；分离式无线相机分离后，通过无线通信模块接收成像模式切换指令进行单独成像或组网成像以及成像模式切换；无线控制单元安装在探测器上，与各无线相机采用无线通信方式通信；无线控制单元接收探测器系统管理单元的一次电源并转换成二次电源后给各无线相机供电；接收探测器系统管理单元发送的成像开关指令和成像模式切换指令至无线相机；接收无线相机无线传输的成像数据并传输至探测器系统管理单元；所述的成像系统由一种设计方法得到，所述设计方法包括如下步骤：步骤1，根据探测器任务特点，识别出关键环节，确定成像系统配置方案，所述成像系统配置方案包括无线相机的数量以及类型；所述关键环节包括探测器飞行状态、降落伞开伞过程、大底分离过程、背罩分离过程、太阳翼桅杆定向天线展开过程以及探测器在地外天体表面移动过程；步骤2，基于无线相机的成像任务及成像环境特征，进行目标特性分析，确定无线相机的安装布局以及成像性能参数，其中，无线相机的安装布局包括无线相机的方位和俯仰状态，成像性能参数包括视场角、焦距、有效像元素、成像距离、光学传函和帧频；步骤3，根据无线相机的成像任务及其安装布局，确定无线相机和无线控制单元的天线选型及安装布局，其中，无线控制单元及其天线采用分体式设计，无线相机及其天线采用一体化设计；根据探测器上设备的空间布局、相机视场角，进行天线选型和天线角度确定，保证天线视场方向图的平坦度；根据理论衰减值、传输距离、载波频率之间的关系，进行通信链路分析；步骤4，确定无线组网成像系统的内部接口及外部接口；所述内部接口即为无线控制单元与无线相机间的接口，包括相机遥控接口和无线通信接口；所述外部接口即为无线控制单元、分离式无线相机的分离装置与探测器系统管理单元间的接口，包括供电接口和数据及控制接口；步骤5，根据步骤2确定的无线相机成像性能参数，并结合地外天体的环境，设计无线相机的镜头组件、电路盒组件；其中，所述地外天体的环境包括光照条件、大气、表面反照率、沙尘、力、热和辐射，所述镜头组件包括光学系统及镜头结构；电路盒组件包括电子学、电池、天线和电路盒体；针对分离式无线相机，设计分离装置；步骤6，根据步骤4确定的内外部接口的关系，并结合地外天体的环境，进行无线控制单元功能模块构建与设计，其中，所述地外天体的环境包括力、热、辐射和电磁兼容，所述无线控制单元功能模块主要由供配电电路、二次电源转换、FPGA系统、DSP系统、无线接口、指令接口电路和接口单元组成；步骤7，采用视景仿真技术对设计的成像系统的成像效果进行仿真验证：结合轨道参数、姿态参数、相机参数、火面环境参数、光照参数，以及各个工况参数，对探测器的成像效果进行仿真验证，得到不同环境条件以及多种工况下的静态图像或视频仿真效果；其中，多种工况包括不同太阳强度、高度角、方位角的光照条件、不同着陆姿态、地形状态、阴影遮挡情况；步骤8，开展各工况下系统测试和试验验证：制定无线组网成像系统工作流程、成像策略、试验工况，系统在不同工况下联合测试和试验验证，对系统工作模式、工作程序、信息流、供配电体制和遥控遥测进行全面测试和确认，测试系统内、外部接口的匹配性和正确性，检查系统及各单机设备功能和性能的符合性；在不同工况下，包括光照、着陆姿态、地形，进行成像效果地面模拟试验，对不同工况下，包括力、热环境、长期贮存，对分离装置的专项试验验证。

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