DE102024114924B3 - Satellite device and method for detecting space objects, telescope device, color filter unit and computer-implemented method for evaluating images - Google Patents
Satellite device and method for detecting space objects, telescope device, color filter unit and computer-implemented method for evaluating imagesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Satellitenvorrichtung (100, 200) zur Erfassung von Weltraumobjekten (116) mit einer Teleskopvorrichtung (202), die ein Blickfeld (112, 205) aufweist, wobei das Blickfeld (112, 205) derart ausrichtbar ist, dass die Weltraumobjekte in einer Hauptbeobachtungsrichtung (310) das Blickfeld (112, 205) queren, die Teleskopvorrichtung (202) umfassend ein Teleskopobjektiv (204), einen bildgebenden Teleskopsensor (206), der angeordnet und ausgebildet ist, Abbildungen (130) der Weltraumobjekte (116) vor einem Sternenhintergrund (134) zu erzeugen, und eine im Strahlengang zwischen dem Teleskopobjektiv (204) und dem Teleskopsensor (206) angeordnete Farbfiltereinheit (208, 300, 300'), die zumindest einen transparenten Filterbereich (312) und einen einfarbigen Filterbereich (314-320) umfasst, wobei der transparente Filterbereich (312) und der einfarbige Filterbereich (314-320) streifenförmig orthogonal zu der Hauptbeobachtungsrichtung (310) ausgerichtet sind.The invention relates to a satellite device (100, 200) for detecting space objects (116) with a telescope device (202) having a field of view (112, 205), wherein the field of view (112, 205) can be aligned such that the space objects cross the field of view (112, 205) in a main observation direction (310), the telescope device (202) comprising a telescope lens (204), an imaging telescope sensor (206) arranged and designed to generate images (130) of the space objects (116) against a star background (134), and a color filter unit (208, 300, 300' arranged in the beam path between the telescope lens (204) and the telescope sensor (206), which color filter unit has at least one transparent filter area (312) and a monochrome filter area (314-320), wherein the transparent filter region (312) and the monochrome filter region (314-320) are aligned in a strip-like manner orthogonal to the main observation direction (310).
Description
Die Erfindung betrifft eine Satellitenvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Weltraumobjekten, eine Teleskopvorrichtung für eine Satellitenvorrichtung, eine Farbfiltereinheit für eine Teleskopvorrichtung und/oder für eine Satellitenvorrichtung, ein computerimplementiertes Verfahren zum Auswerten von Abbildungen, ein System zur Datenverarbeitung, ein Computerprogramm und einen computerlesbaren Datenträger.The invention relates to a satellite device and a method for detecting space objects, a telescope device for a satellite device, a color filter unit for a telescope device and/or for a satellite device, a computer-implemented method for evaluating images, a data processing system, a computer program and a computer-readable data carrier.
Die Erfassung von Weltraumobjekten mit Teleskopvorrichtungen ist grundsätzlich bekannt. Hierbei kommen insbesondere erdgestützte Verfahren zum Einsatz. Für die Erfassung von Weltraumobjekten stehen beispielsweise panchromatische Sensoren zur Verfügung, die die Erkennbarkeit von lichtschwachen Weltraumobjekten maximieren. Lichtschwache Weltraumobjekte können beispielsweise kleine Objekte und/oder Objekte in großen Beobachtungsdistanzen sein.The detection of space objects with telescopes is generally well-known. Ground-based methods are particularly used for this purpose. Panchromatic sensors, for example, are available for detecting space objects, which maximize the detectability of faint space objects. Faint space objects can be, for example, small objects and/or objects at great observation distances.
Die Erkennbarkeit wird unter anderem dadurch maximiert, dass keine zusätzliche Absorption von Licht im optischen System durch Filter stattfindet. Panchromatische Sensoren ermöglichen darüber hinaus eine hohe Ortsauflösung in der Positionsmessung. Für die Positionsmessung und die üblicherweise darauffolgende Orbitbestimmung werden daher vorzugsweise panchromatische Sensoren eingesetzt. Ein Nachteil von panchromatischen Sensoren besteht darin, dass diese den gesamten optischen Wellenlängenbereich nutzen, sodass keine Farbinformation über die zu beobachtenden Weltraumobjekte ermittelt werden kann.Detectableness is maximized, among other things, by the fact that no additional light absorption occurs in the optical system due to filters. Panchromatic sensors also enable high spatial resolution in position measurement. Panchromatic sensors are therefore preferred for position measurement and the typically subsequent orbit determination. A disadvantage of panchromatic sensors is that they utilize the entire optical wavelength range, meaning no color information about the observed space objects can be determined.
Eine Erkennung von Farben der zu beobachtenden Weltraumobjekte ist jedoch für einige Anwendungsfelder vorteilhaft. Beispielsweise kann auf Basis einer Farbinformation des Weltraumobjekts auf die Lage, die Orientierung und/oder eine Lagebewegung geschlossen werden. Darüber hinaus kann mittels einer Farbinformation eine Oberfläche des Weltraumobjekts charakterisiert werden, wodurch beispielsweise unterschiedliche Satelliten erkannt werden können. Darüber hinaus kann die Farbinformation zur Objektklassifizierung beitragen.However, color recognition of the observed space objects is advantageous for some applications. For example, based on the color information of the space object, the position, orientation, and/or positional movement can be deduced. Furthermore, color information can be used to characterize the surface of the space object, allowing, for example, the recognition of different satellites. Furthermore, the color information can contribute to object classification.
Die Erkennung von Weltraumobjekten und die Bestimmung der Farbe, wird im Stand der Technik mit optischen Farbfiltern durchgeführt. Optische Farbfilter haben jedoch den Nachteil, dass durch Absorption in den optischen Filtern die Helligkeit der Objekte reduziert wird. Infolgedessen sind lichtschwache Objekte gegebenenfalls nicht erkennbar. Von hinreichend hellen Objekten abgesehen, können mit solchen optischen Filtern für ein bestimmtes Weltraumobjekt weder Orts- noch Farbinformationen erfasst werden. Die Verwendung von derartigen optischen Farbfiltern ist daher für viele Anwendungsfälle nicht geeignet.The detection of space objects and the determination of their color are currently performed using optical color filters. However, optical color filters have the disadvantage that absorption in the optical filters reduces the brightness of the objects. As a result, faint objects may not be detectable. Except for sufficiently bright objects, such optical filters cannot capture either location or color information for a specific space object. The use of such optical color filters is therefore unsuitable for many applications.
Ein Ansatz zur Verminderung der Nachteile von optischen Farbfiltern besteht darin, multispektrale CCD- oder CMOS-Sensoren einzusetzen, die verschiedene Farbfilter aufweisen. Diese Farbfilter sind in einem regelmäßigen Muster auf den Pixeln des Sensors angebracht. Ein derartiger Sensor wird auch als ein Bayer-Sensor bezeichnet, wie er beispielsweise in der US-amerikanischen Patentanmeldung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Satellitenvorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung von Weltraumobjekten, eine Teleskopvorrichtung für eine Satellitenvorrichtung, eine Farbfiltereinheit für eine Teleskopvorrichtung und/oder für eine Satellitenvorrichtung, ein computerimplementiertes Verfahren zum Auswerten von Abbildungen, ein System zur Datenverarbeitung, ein Computerprogramm und einen computerlesbaren Datenträger bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine präzise Positionsbestimmung von Weltraumobjekten bei gleichzeitiger Erfassung einer Farbinformation ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a satellite device and a method for detecting space objects, a telescope device for a satellite device, a color filter unit for a telescope device and/or for a satellite device, a computer-implemented method for evaluating images, a data processing system, a computer program, and a computer-readable data carrier that reduce or eliminate one or more of the aforementioned disadvantages. In particular, it is an object of the invention to provide a solution that enables precise positioning of space objects while simultaneously detecting color information.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Satellitenvorrichtung und einem Verfahren zur Erfassung von Weltraumobjekten, einer Teleskopvorrichtung für eine Satellitenvorrichtung, einer Farbfiltereinheit für eine Teleskopvorrichtung und/oder für eine Satellitenvorrichtung, einem computerimplementierten Verfahren zum Auswerten von Abbildungen, einem System zur Datenverarbeitung, einem Computerprogramm und einem computerlesbaren Datenträger nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltung dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale sind einzeln, in beliebiger, technologisch sinnvollerweise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.This object is achieved with a satellite device and a method for detecting space objects, a telescope device for a satellite device, a color filter unit for a telescope device and/or for a satellite device, a computer-implemented method for evaluating images, a data processing system, a computer program, and a computer-readable data carrier according to the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments of these aspects are specified in the respective dependent patent claims. The features disclosed in the patent claims, the description, and the drawings can be combined individually in any technologically expedient manner, with further embodiments of the invention being shown.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Satellitenvorrichtung zur Erfassung von Weltraumobjekten mit einer Teleskopvorrichtung, die ein Blickfeld aufweist, wobei das Blickfeld derart ausrichtbar ist, dass die Weltraumobjekte in einer Hauptbeobachtungsrichtung das Blickfeld queren, die Teleskopvorrichtung umfassend ein Teleskopobjektiv, einen bildgebenden Teleskopsensor, der angeordnet und ausgebildet ist, Abbildungen der Weltraumobjekte vor einem Sternhintergrund zu erzeugen, und eine im Strahlengang zwischen dem Teleskopobjektiv und dem Teleskopsensor angeordnete Farbfiltereinheit, die zumindest einen transparenten Filterbereich und einen einfarbigen Filterbereich umfasst, wobei der transparente Filterbereich und der einfarbige Filterbereich streifenförmig orthogonal zu der Hauptbeobachtungsrichtung ausgerichtet sind.According to a first aspect, the object mentioned at the outset is achieved by a satellite device for detecting space objects with a telescope device which has a field of view, wherein the field of view can be aligned such that the space objects cross the field of view in a main observation direction, the telescope device comprising a telescope lens, an imaging telescope sensor which is arranged and designed to generate images of the space objects against a star background, and a color filter unit arranged in the beam path between the telescope lens and the telescope sensor, which color filter unit comprises at least one transparent filter region and a single-color filter region, wherein the transparent filter region and the single-color filter region are aligned in a strip-like manner orthogonal to the main observation direction.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit der im Vorherigen beschriebenen Farbfiltereinheit eine präzise Positions- und Orbitbestimmung von lichtschwachen und lichtstarken Weltraumobjekten möglich ist, wobei zugleich zumindest für lichtstarke Weltraumobjekte eine Farbinformation ermittelbar ist. Die gleichzeitige Bestimmung der Position und der Farbe ist zwar nur für solche Weltraumobjekte ermittelbar, die sich in der Hauptbeobachtungsrichtung durch das Blickfeld bewegen, jedoch kann dies durch eine geeignete Orbit- und Blickfeldausrichtung vorbestimmt werden.The invention is based on the finding that the color filter unit described above enables precise position and orbit determination of both faint and bright space objects, while simultaneously determining color information, at least for bright space objects. While the simultaneous determination of position and color is only possible for space objects that move through the field of view in the main observation direction, this can be predetermined by a suitable orbit and field of view alignment.
Ferner lag der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass mit der Farbfiltereinheit, umfassend einen transparenten Filterbereich und einen einfarbigen Filterbereich, auch lichtschwache Weltraumobjekte hinsichtlich ihrer Position bestimmbar und erkennbar sind. Dies wird durch den transparenten Filterbereich ermöglicht, der sich streifenförmig über die Erstreckung der Farbfiltereinheit orthogonal zu der Hauptbeobachtungsrichtung erstreckt. Wenn dieses Weltraumobjekt zugleich lichtstark ausgebildet ist, kann mittels des einfarbigen Filterbereichs zusätzlich eine Farbe bestimmt werden. Durch die grundsätzliche Erkennung eines lichtschwachen Objekts mit dem transparenten Filterbereich, kann darüber hinaus durch Anwendung spezifischer Auswertemittel und/oder -verfahren auch eine Farbinformation des lichtschwachen Objekts aus den mit dem einfarbigen Filterbereich erhaltenen Abbildungen erhalten werden.Furthermore, the invention was based on the finding that with the color filter unit, comprising a transparent filter area and a monochrome filter area, even faint space objects can be determined and recognized with regard to their position. This is made possible by the transparent filter area, which extends in a strip-like manner across the extent of the color filter unit orthogonal to the main observation direction. If this space object is also highly luminous, a color can additionally be determined using the monochrome filter area. By fundamentally detecting a faint object with the transparent filter area, color information of the faint object can also be obtained from the images obtained with the monochrome filter area by applying specific evaluation means and/or methods.
Infolgedessen kann mit der Satellitenvorrichtung gewährleistet werden, dass lichtstarke und lichtschwache Weltraumobjekte hinsichtlich ihrer Position und ihres Orbits bestimmbar sind und zugleich bei ausreichend lichtstarken Weltraumobjekten eine Farbinformation ermittelbar ist. Somit werden die im Stand der Technik bekannten Nachteile vermieden, dass entweder lediglich Positionsbestimmungen möglich sind oder dass lediglich Positions- und Farbbestimmungen von lichtstarken Weltraumobjekten möglich sind.As a result, the satellite device can ensure that both high-luminosity and low-luminosity space objects can be determined with regard to their position and orbit, and at the same time, color information can be determined for sufficiently high-luminosity space objects. This avoids the disadvantages known in the prior art, namely that either only position determinations are possible or that only position and color determinations of high-luminosity space objects are possible.
Die Satellitenvorrichtung ist zur Erfassung von Weltraumobjekten ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass die Satellitenvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, Abbildungen von Weltraumobjekten und/oder Abbildungen, auf denen Weltraumobjekte erkennbar sind, zu erstellen.The satellite device is designed to detect space objects. This means, in particular, that the satellite device is arranged and configured to create images of space objects and/or images in which space objects can be recognized.
Die Satellitenvorrichtung umfasst die Teleskopvorrichtung. Die Teleskopvorrichtung weist ein Blickfeld auf, das derart ausrichtbar ist, dass die Weltraumobjekte in der Hauptbeobachtungsrichtung das Blickfeld queren. Das Blickfeld kann beispielsweise pyramidenförmig oder kegelförmig geformt sein.The satellite device includes the telescope device. The telescope device has a field of view that can be aligned such that the space objects cross the field of view in the main observation direction. The field of view can be pyramid-shaped or conical, for example.
Die grundsätzliche Position von Weltraumobjekten, beispielsweise in der Nähe der Erde, ist bekannt. Beispielsweise sind über dem Nordpol der Erde eine Vielzahl an Weltraumobjekten, insbesondere Weltraumschrott, beobachtbar, da hier die Volumendichte besonders hoch ist. Um diese Weltraumobjekte in vorteilhafterweise zu beobachten, ist der Orbit von Satellitenvorrichtungen zur Erfassung dieser Weltraumobjekte insbesondere derart gewählt, dass diese Weltraumobjekte das Blickfeld in einer horizontalen Richtung queren. Daher ist es häufig bevorzugt, dass die Hauptbeobachtungsrichtung horizontal ausgerichtet ist. Im bestimmungsgemäßen Betrieb würde dies insbesondere bedeuten, dass die Hauptbeobachtungsrichtung zumindest orthogonal zu einer Schwerkraftachse der Satellitenvorrichtung ausgerichtet ist. Somit kann die Teleskopvorrichtung nach rechts und links verschwenkt werden und in vorteilhafterweise Weltraumobjekte erfassen.The basic position of space objects, for example in the vicinity of the Earth, is known. For example, a large number of space objects, particularly space debris, can be observed above the Earth's North Pole because the volume density is particularly high there. In order to advantageously observe these space objects, the orbit of satellite devices for detecting these space objects is selected such that these space objects cross the field of view in a horizontal direction. Therefore, it is often preferred for the main observation direction to be oriented horizontally. During normal operation, this would mean, in particular, that the main observation direction is oriented at least orthogonal to a gravity axis of the satellite device. Thus, the telescope device can be pivoted to the right and left and advantageously detect space objects.
Die Teleskopvorrichtung umfasst das Teleskopobjektiv. Das Teleskopobjektiv weist beispielsweise Linsen und Spiegel auf. Derartige Teleskopobjektive sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und werden daher im Folgenden nicht weiter erläutert. Die Teleskopvorrichtung umfasst darüber hinaus den bildgebenden Teleskopsensor. Der bildgebende Teleskopsensor ist angeordnet und ausgebildet, Abbildungen der Weltraumobjekte vor dem Sternenhintergrund zu erzeugen. Hierfür wird das Blickfeld passantenförmig an der Erde entlang vorbeigeführt, sodass das Blickfeld auf den Sternenhintergrund über der Atmosphäre der Erde gerichtet ist. Der Teleskopsensor kann beispielsweise ein CCD- oder CMOS-Sensor sein. Ferner kann der Teleskopsensor ein panchromatischer Sensor sein.The telescope device comprises the telescope objective. The telescope objective has, for example, lenses and mirrors. Such telescope objectives are generally known to those skilled in the art and are therefore not explained further below. The telescope device further comprises the imaging telescope sensor. The imaging telescope sensor is arranged and configured to generate images of the space objects against the starry background. For this purpose, the field of view is moved past the Earth in a passer-by pattern, so that the field of view is directed onto the starry background above the Earth's atmosphere. The telescope sensor can be, for example, a CCD or CMOS sensor. Furthermore, the telescope sensor can be a panchromatic sensor.
Das Teleskopobjektiv und der Teleskopsensor und sind derart angeordnet und ausgebildet, dass mittels des Teleskopobjektivs fokussierte Weltraumobjekte mit dem Teleskopsensor abgebildet werden können. Das Teleskopobjektiv ermöglicht in der dem Fachmann bekannten Weise eine Vergrößerung der Weltraumobjekte.The telescope lens and the telescope sensor are arranged and designed in such a way that the world focused by means of the telescope lens Space objects can be imaged with the telescope sensor. The telescope lens enables magnification of space objects in a manner known to those skilled in the art.
Die Teleskopvorrichtung umfasst ferner die Farbfiltereinheit, die im Strahlengang zwischen dem Teleskopobjektiv und dem Teleskopsensor angeordnet ist. Dass die Farbfiltereinheit im Strahlengang zwischen dem Teleskopobjektiv und dem Teleskopsensor angeordnet ist, kann beispielsweise bedeuten, dass die Farbfiltereinheit zwischen der äußersten Linse des Teleskopobjektivs und dem Teleskopsensor angeordnet ist. Die Farbfiltereinheit ist beispielsweise zwischen einer distalen Linse des Teleskopobjektivs und dem Teleskopsensor angeordnet, insbesondere in Bezug auf den Strahlengang. Wenn innerhalb des Strahlengangs Spiegel eingeordnet sind, beispielsweise um die Abmessungen der Teleskopvorrichtung zu verringern, kann die Reihenfolge auch anders sein.The telescope device further comprises the color filter unit, which is arranged in the beam path between the telescope lens and the telescope sensor. The fact that the color filter unit is arranged in the beam path between the telescope lens and the telescope sensor can mean, for example, that the color filter unit is arranged between the outermost lens of the telescope lens and the telescope sensor. The color filter unit is arranged, for example, between a distal lens of the telescope lens and the telescope sensor, in particular with respect to the beam path. If mirrors are arranged within the beam path, for example, to reduce the dimensions of the telescope device, the order can also be different.
Die Farbfiltereinheit umfasst zumindest den transparenten Filterbereich und den einfarbigen Filterbereich. Der einfarbige Filterbereich ist insbesondere derart ausgebildet, dass dieser Licht in einem vordefinierten Wellenlängenbereich hindurchlässt und Licht außerhalb des vordefinierten Wellenlängenbereichs nicht durchlässt. Beispielsweise kann der einfarbige Filterbereich derart ausgebildet sein, dass dieser nur blaues, rotes, gelbes oder grünes Licht hindurchlässt. Alternativ oder ergänzend kann der einfarbige Filterbereich als ein Polarisationsfilterbereich ausgebildet sein.The color filter unit comprises at least the transparent filter region and the monochrome filter region. The monochrome filter region is particularly designed to transmit light within a predefined wavelength range and to block light outside the predefined wavelength range. For example, the monochrome filter region can be designed to transmit only blue, red, yellow, or green light. Alternatively or additionally, the monochrome filter region can be designed as a polarization filter region.
Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Farbfiltereinheit zwei oder mehr einfarbige Filterbereiche aufweist. Die zwei oder mehr einfarbigen Farbfilterbereiche können die gleiche Breite oder unterschiedliche Breiten aufweisen. Die zwei oder mehr einfarbigen Farbfilterbereiche können die gleiche Farbe unterschiedlicher Intensität aufweisen, beispielsweise hellrot und dunkelrot. Die zwei oder mehr einfarbigen Farbfilterbereiche können auch die gleiche Farbe gleicher Intensität aufweisen, beispielsweise rot. Der einfarbige Filterbereich kann beispielsweise rot, blau, grün, gelb und/oder nahinfrarot ausgebildet sein. Der transparente Filterbereich ist insbesondere lichtabsorptionsarm ausgebildet. Ferner ist es bevorzugt, dass der transparente Filterbereich nicht oder im Wesentlichen nicht absorbiert. Der transparente Filterbereich ist insbesondere derart ausgebildet, dass dieser im Wesentlichen keine Filterfunktion für Licht aufweist.It is particularly preferred that the color filter unit has two or more single-color filter regions. The two or more single-color color filter regions can have the same width or different widths. The two or more single-color color filter regions can have the same color but with different intensities, for example, light red and dark red. The two or more single-color color filter regions can also have the same color but with the same intensity, for example, red. The single-color filter region can be, for example, red, blue, green, yellow, and/or near-infrared. The transparent filter region is, in particular, designed to have low light absorption. Furthermore, it is preferred that the transparent filter region does not absorb or absorbs essentially nothing. The transparent filter region is, in particular, designed such that it has essentially no filtering function for light.
Der transparente Filterbereich und der einfarbige Filterbereich sind streifenförmig ausgebildet. Die Haupterstreckungsrichtung dieser streifenförmig ausgebildeten Filterbereiche ist orthogonal zu der Hauptbeobachtungsrichtung ausgerichtet. Beispielsweise kann die Hauptbeobachtungsrichtung im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein, sodass im bestimmungsgemäßen Betrieb der Satellitenvorrichtung und unter der Annahme einer Ausrichtung des Blickfelds in Richtung der Umlaufbahn, die Hauptbeobachtungsrichtung im Wesentlichen parallel zum Horizont der Erde ausgerichtet ist. Unter dieser Annahme wäre dann die Ausrichtung der streifenförmig ausgebildeten Filterbereiche vertikal.The transparent filter area and the monochrome filter area are strip-shaped. The main extension direction of these strip-shaped filter areas is oriented orthogonally to the main observation direction. For example, the main observation direction can be oriented essentially horizontally, so that during normal operation of the satellite device and assuming an orientation of the field of view in the direction of the orbit, the main observation direction is essentially parallel to the Earth's horizon. Under this assumption, the orientation of the strip-shaped filter areas would then be vertical.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass sich die Farbfiltereinheit in der Hauptbeobachtungsrichtung von einer ersten Seite zu einer zweiten Seite und orthogonal zu der Hauptbeobachtungsrichtung von einer Oberseite zu einer Unterseite erstreckt und sich die Filterbereiche von der Oberseite zu der Unterseite erstrecken, sodass die Anzahl an zu beobachtenden Weltraumobjekten in der Hauptbeobachtungsrichtung mit dem transparenten Filterbereich maximiert ist.In a preferred embodiment of the satellite device, it is provided that the color filter unit extends in the main observation direction from a first side to a second side and orthogonally to the main observation direction from a top side to a bottom side, and the filter areas extend from the top side to the bottom side, so that the number of space objects to be observed in the main observation direction is maximized with the transparent filter area.
Durch die streifenförmige Anordnung der Filterbereiche und dadurch, dass sich unter anderem der transparente Filterbereich von der Oberseite zu der Unterseite erstreckt, wird ermöglicht, dass eine hohe Anzahl an Weltraumobjekten den transparenten Filterbereich passieren, sodass die Detektionsdichte besonders hoch ist. Es ist bevorzugt, dass im transparenten Filterbereich angrenzend an die Oberseite und/oder angrenzend an die Unterseite keine einfarbigen Filterbereiche vorgesehen sind. Mit einer derartigen Farbfiltereinheit wird einerseits die Anzahl der zu detektierenden Weltraumobjekte maximiert und andererseits die Möglichkeit geschaffen, deren Farbinformation zu erhalten.The strip-like arrangement of the filter areas and the fact that, among other things, the transparent filter area extends from the top to the bottom allow a large number of space objects to pass through the transparent filter area, so that the detection density is particularly high. It is preferred that no single-color filter areas be provided in the transparent filter area adjacent to the top and/or adjacent to the bottom. Such a color filter unit maximizes the number of space objects to be detected, while also creating the possibility of obtaining their color information.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Farbfiltereinheit zumindest zwei einfarbige Filterbereiche ausgewählt aus einem roten einfarbigen Filterbereich, einem blauen einfarbigen Filterbereich, einem grünen einfarbigen Filterbereich, einem gelben einfarbigen Filterbereich und einem nahinfrarot einfarbigen Filterbereich umfasst und der transparente Filterbereich zwischen den zumindest zwei einfarbigen Filterbereichen angeordnet ist.In a further preferred embodiment of the satellite device, it is provided that the color filter unit comprises at least two monochrome filter areas selected from a red monochrome filter area, a blue monochrome filter area, a green monochrome filter area, a yellow monochrome filter area and a near-infrared monochrome filter area, and the transparent filter area is arranged between the at least two monochrome filter areas.
Alternativ oder ergänzend kann der transparente Filterbereich zwischen zwei einfarbigen Filterbereichen der gleichen oder einer ähnlichen Farbe angeordnet sein. Mit zwei einfarbigen Filterbereichen, insbesondere zwei einfarbigen Filterbereichen mit unterschiedlichen Farben, kann die Farbinformation komplexer ausfallen. Beispielsweise kann eine blaue und eine rote Farbinformation von einem Weltraumobjekt erhalten werden.Alternatively or additionally, the transparent filter area can be arranged between two monochrome filter areas of the same or a similar color. With two monochrome filter areas, especially two monochrome filter areas with different colors, the color information can be more complex. For example, blue and red color information can be obtained from a space object.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass der einfarbige Filterbereich zwei oder mehr Unterbereiche aufweist, wobei die zwei oder mehr Unterbereiche jeweils eine Abstufung einer Farbe aufweisen. Eine Abstufung einer Farbe kann beispielsweise hellrot und dunkelrot sein. Infolgedessen kann einerseits eine umfassendere Farbinformation und andererseits kann gegebenenfalls auch eine Farbinformation von einem Weltraumobjekt mit einer geringeren Helligkeit erhalten werden.In a further preferred embodiment of the satellite device, that the monochrome filter area has two or more sub-areas, each of the two or more sub-areas having a gradation of a color. A gradation of a color can, for example, be light red and dark red. As a result, on the one hand, more comprehensive color information can be obtained, and on the other hand, color information from a space object with a lower brightness can also be obtained.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass der transparente Filterbereich größer ist als der einfarbige Filterbereich oder die Summe der einfarbigen Filterbereiche.In a further preferred embodiment of the satellite device, it is provided that the transparent filter area is larger than the monochrome filter area or the sum of the monochrome filter areas.
Durch einen derartigen transparenten Filterbereich wird ermöglicht, dass möglichst viele Datenpunkte eines einzelnen Weltraumobjektes erhalten werden können, sodass die Positions- und/oder Orbitbestimmung mit einer höheren Genauigkeit erfolgen kann.Such a transparent filter area makes it possible to obtain as many data points as possible from a single space object, so that the position and/or orbit can be determined with greater accuracy.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass der transparente Filterbereich als ein optisches Glas oder als eine Aussparung ausgebildet ist.In a further preferred embodiment of the satellite device, it is provided that the transparent filter area is designed as an optical glass or as a recess.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Recheneinheit umfasst, die eingerichtet ist, den Teleskopsensor derart zu steuern, dass eine Belichtungsdauer so ausgewählt wird, dass ein Weltraumobjekt mittels einer strichförmigen Abbildung mit mindestens zwei Filterbereichen abgebildet wird. Der Vorteil besteht unter anderem darin, dass am Übergang vom einen zum anderen Filterbereich zwei Farbinformationen mit kaum zeitlichem Versatz vorliegen, mithin zwei Farbmessungen fast gleichzeitig vorliegen. Somit ist trotz einer Rotation des Weltraumobjekts eine optimale Bestimmung der Farbinformation möglich.In a further preferred embodiment of the satellite device, it is provided that it comprises a computing unit configured to control the telescope sensor such that an exposure duration is selected such that a space object is imaged using a line-shaped image with at least two filter areas. The advantage is, among other things, that at the transition from one filter area to the other, two pieces of color information are present with virtually no temporal offset, thus two color measurements are available almost simultaneously. Thus, optimal determination of the color information is possible despite the rotation of the space object.
Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Steuerungsvorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, die Satellitenvorrichtung derart zu steuern, dass sich im bestimmungsgemäßen Betrieb ein vorbestimmter Pitchwinkel zwischen einer Teleskopachse und einer Umlaufbahn der Satellitenvorrichtung einstellt, und den Teleskopsensor derart zu steuern, dass kontinuierlich strichförmige Abbildungen von Weltraumobjekten und Sternen erzeugt werden, um eine Vielzahl an strichförmigen Abbildungen zur Erzeugung eines Weltraumobjektlagebilds zu erhalten.According to a preferred embodiment of the satellite device, it is provided that it comprises a control device which is configured to control the satellite device in such a way that, during normal operation, a predetermined pitch angle is established between a telescope axis and an orbit of the satellite device, and to control the telescope sensor in such a way that line-shaped images of space objects and stars are continuously generated in order to obtain a plurality of line-shaped images for generating a space object position image.
Die Steuerungsvorrichtung kann die im Vorherigen genannte Recheneinheit sein oder diese umfassen. Alternativ kann die im Vorherigen genannte Recheneinheit die Steuerungsvorrichtung umfassen oder diese sein.The control device may be or include the aforementioned computing unit. Alternatively, the aforementioned computing unit may include or be the control device.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Satellitenvorrichtung derart zu steuern, dass der Pitchwinkel konstant ist. Insbesondere ist der Pitchwinkel innerhalb eines Beobachtungsintervalls konstant.In a preferred embodiment, the control device is configured to control the satellite device such that the pitch angle is constant. In particular, the pitch angle is constant within an observation interval.
Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Satellitenvorrichtung derart zu steuern, dass der Pitchwinkel innerhalb eines Pitchwinkelbereichs eingestellt wird. Der Pitchwinkelbereich kann sich beispielsweise zwischen +20° und -20°, insbesondere zwischen +4° und -12°, erstrecken. Ein Vorteil dieser Ausführungsvariante besteht darin, dass zu beobachtenden Bahnhöhen fokussiert werden können.Alternatively or additionally, it is preferred that the control device is configured to control the satellite device such that the pitch angle is set within a pitch angle range. The pitch angle range can extend, for example, between +20° and -20°, in particular between +4° and -12°. An advantage of this embodiment is that the orbit heights to be observed can be focused.
Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Satellitenvorrichtung derart zu steuern, dass sich die Teleskopachse relativ zu der Bahnachse in Pitchrichtung bewegt und/oder die Teleskopachse relativ zu der Bahnachse mit einer vordefinierten Winkelgeschwindigkeit in der Pitchrichtung oszilliert. Ein Vorteil dieser Ausführungsvariante besteht darin, dass eine Vielzahl an zu beobachtenden Bahnebenen und eine Vielzahl an unterschiedlichen Teilchengrößen beobachtbar ist. Die Winkelgeschwindigkeit bei der oszillierenden Bewegung kann beispielsweise zwischen 2°/min und 6°/min betragen.Alternatively or additionally, it is preferred that the control device is configured to control the satellite device such that the telescope axis moves relative to the orbit axis in the pitch direction and/or the telescope axis oscillates relative to the orbit axis at a predefined angular velocity in the pitch direction. An advantage of this embodiment is that a plurality of orbit planes and a plurality of different particle sizes can be observed. The angular velocity during the oscillating movement can be, for example, between 2°/min and 6°/min.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Satellitenvorrichtung derart zu steuern, dass die Teleskopachse eine Yaw-Bewegung um die Schwerkraftachse ausführt, sodass das Blickfeld auf mindestens ein vorbestimmtes Orbitalregime ausrichtbar ist. Aus Perspektive der Satellitenvorrichtung handelt es sich bei der Yaw-Bewegung der Teleskopachse um eine Veränderung des Blickfelds nach rechts oder links. Somit kann das Blickfeld auf solche Orbitalregime ausgerichtet werden, in denen eine hohe Dichte an Weltraumobjekten zu erwarten ist, beispielsweise über den Polen der Erde.In a preferred embodiment of the satellite device, the control device is configured to control the satellite device such that the telescope axis executes a yaw movement around the gravity axis, so that the field of view can be aligned to at least one predetermined orbital regime. From the perspective of the satellite device, the yaw movement of the telescope axis represents a change in the field of view to the right or left. Thus, the field of view can be aligned to orbital regimes in which a high density of space objects is expected, for example, over the Earth's poles.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Satellitenvorrichtung derart zu steuern, dass sich ein konstanter Yaw-Winkel zwischen der Teleskopachse und der Bahnachse einstellt, um das Blickfeld auf mindestens ein vordefiniertes Orbitalregime auszurichten.A further preferred embodiment of the satellite device is characterized in that the control device is configured to control the satellite device in such a way that a constant yaw angle is established between the telescope axis and the orbit axis in order to align the field of view to at least one predefined orbital regime.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Satellitenvorrichtung derart zu steuern, dass die Teleskopachse mittels der Yaw-Bewegung in einem vordefinierten Winkelbereich um die Schwerkraftachse pendelt, insbesondere diskontinuierlich pendelt, wobei diese Yaw-Bewegung mit einer ersten Winkelgeschwindigkeit ausgeführt wird, um mindestens zwei vordefinierte Orbitalregime zu beobachten.In a further preferred embodiment of the satellite device, it is provided that the control device is configured to control the satellite device in such a way that the telescope axis oscillates, in particular oscillates discontinuously, around the gravity axis by means of the yaw movement in a predefined angular range, wherein this yaw movement is carried out at a first angular velocity in order to observe at least two predefined orbital regimes.
Insbesondere bei Umlaufbahnen, die nicht unmittelbar über die Pole der Erde führen, kann das Pendeln um die Schwerkraftachse verwendet werden, um die Teleskopachse auf den Bereich über dem Nordpol und über den Bereich über dem Südpol auszurichten. Ferner vorzugsweise ist die Yaw-Bewegung derart gewählt, dass der Sonnenphasenwinkel minimiert wird, sodass besonders kleine Weltraumobjekte beobachtbar sind. Das Pendeln ist vorzugsweise nicht kontinuierlich, sondern wird mit einer schnellen Winkelgeschwindigkeit von einer ersten Ausrichtung zu einer zweiten Ausrichtung ausgeführt, um bei der Bildaufnahme möglichst wenig Störgrößen einfließen zu lassen.Particularly for orbits that do not directly pass over the Earth's poles, oscillation around the gravity axis can be used to align the telescope axis to the region above the North Pole and the region above the South Pole. Furthermore, the yaw motion is preferably selected to minimize the solar phase angle, allowing particularly small space objects to be observed. Oscillation is preferably not continuous, but rather is performed at a rapid angular velocity from a first orientation to a second orientation to minimize disturbances during image acquisition.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Satellitenvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, die Satellitenvorrichtung derart zu steuern, dass die Teleskopachse in Abhängigkeit eines Sonnenphasenwinkels mittels der Yaw-Bewegung um 180° zwischen einer ersten Ausrichtung und einer zweiten Ausrichtung schwenkbar ist, sodass das Blickfeld in Abhängigkeit eines Sonnenphasenwinkels ausrichtbar ist.A further preferred embodiment of the satellite device is characterized in that the control device is configured to control the satellite device in such a way that the telescope axis can be pivoted by 180° between a first orientation and a second orientation by means of the yaw movement as a function of a solar phase angle, so that the field of view can be aligned as a function of a solar phase angle.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Teleskopvorrichtung für eine Satellitenvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, umfassend das Teleskopobjektiv, einen bildgebenden Teleskopsensor, der angeordnet und ausgebildet ist, Abbildungen der Weltraumobjekte vor einem Sternenhintergrund zu erzeugen, eine im Strahlengang zwischen dem Teleskopobjektiv und dem Teleskopsensor angeordnete Farbfiltereinheit, die zumindest einen transparenten Filterbereich und einen einfarbigen Filterbereich umfasst, wobei der transparente Filterbereich und der einfarbige Filterbereich streifenförmig orthogonal zu einer Hauptbeobachtungsrichtung ausgerichtet sind. Die im Vorherigen genannten Details der Teleskopvorrichtung, des Teleskopobjektivs, des Teleskopsensors und der Farbfiltereinheit gelten hier analog.According to a further aspect, the object mentioned above is achieved by a telescope device for a satellite device according to one of the embodiments described above, comprising the telescope lens, an imaging telescope sensor arranged and configured to generate images of the space objects against a starry background, a color filter unit arranged in the beam path between the telescope lens and the telescope sensor, which color filter unit comprises at least one transparent filter region and a monochrome filter region, wherein the transparent filter region and the monochrome filter region are aligned in a strip-like manner orthogonal to a main observation direction. The details of the telescope device, the telescope lens, the telescope sensor, and the color filter unit mentioned above apply analogously here.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Farbfiltereinheit für eine Teleskopvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten und/oder für eine Satellitenvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, die zumindest einen transparenten Filterbereich und einen einfarbigen Filterbereich umfasst, wobei der transparente Filterbereich und der einfarbige Filterbereich streifenförmig orthogonal zu einer Hauptbeobachtungsrichtung ausgerichtet sind. Die im Vorherigen genannten Details der Teleskopvorrichtung, des Teleskopobjektivs, des Teleskopsensors und der Farbfiltereinheit gelten hier analog.According to a further aspect, the object mentioned above is achieved by a color filter unit for a telescope device according to one of the embodiments described above and/or for a satellite device according to one of the embodiments described above, which comprises at least one transparent filter region and one monochrome filter region, wherein the transparent filter region and the monochrome filter region are aligned in a strip-like manner orthogonal to a main observation direction. The details of the telescope device, the telescope lens, the telescope sensor, and the color filter unit mentioned above apply analogously here.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Erfassung von Weltraumobjekten, umfassend die Schritte: Bewegen einer Satellitenvorrichtung auf einer Umlaufbahn um einen Planeten mit einer Teleskopvorrichtung, die ein Blickfeld, ein Teleskopobjektiv, einen bildgebenden Teleskopsensor und eine im Strahlengang zwischen dem Teleskopobjektiv und dem Teleskopsensor angeordnete Farbfiltereinheit aufweist, die zumindest einen transparenten Filterbereich und einen einfarbigen Filterbereich umfasst, wobei der transparente Filterbereich und der einfarbige Filterbereich streifenförmig orthogonal zu einer Hauptbeobachtungsrichtung ausgerichtet sind, Ausrichten des Blickfelds derart, dass Weltraumobjekte in der Hauptbeobachtungsrichtung das Blickfeld queren, und Erzeugen von mindestens einer Abbildung mit dem transparenten Filterbereich und von mindestens einer Abbildung mit dem einfarbigen Filterbereich eines einzelnen Weltraumobjekts. Die Abbildung mit dem transparenten Filterbereich und die Abbildung mit dem einfarbigen Filterbereich kann auch eine kombinierte Abbildung sein, indem das Weltraumobjekt beispielsweise strichförmig mit dem transparenten und dem einfarbigen Filterbereich abgebildet wird.According to a further aspect, the object mentioned above is achieved by a method for detecting space objects, comprising the steps of: moving a satellite device in an orbit around a planet with a telescope device having a field of view, a telescope lens, an imaging telescope sensor, and a color filter unit arranged in the beam path between the telescope lens and the telescope sensor, which color filter unit comprises at least one transparent filter region and a monochrome filter region, wherein the transparent filter region and the monochrome filter region are aligned in a strip-like manner orthogonal to a main observation direction; aligning the field of view such that space objects in the main observation direction cross the field of view; and generating at least one image with the transparent filter region and at least one image with the monochrome filter region of an individual space object. The image with the transparent filter region and the image with the monochrome filter region can also be a combined image, for example, by imaging the space object in a line-like manner with the transparent and monochrome filter regions.
Dass Weltraumobjekte in der Hauptbeobachtungsrichtung das Blickfeld queren, ist insbesondere derart zu verstehen, dass die Weltraumobjekte mit dem transparenten Filterbereich und dem einfarbigen Filterbereich abbildbar sind. Dies bedeutet unter anderem, dass diese während der Beobachtung den transparenten Filterbereich und den einfarbigen Filterbereich überstreichen. Dass Weltraumobjekte in der Hauptbeobachtungsrichtung das Blickfeld queren, kann darüber hinaus derart verstanden werden, dass ein Winkel zwischen einer Weltraumobjektbewegungsrichtung des Weltraumobjekts und der Hauptbeobachtungsrichtung kleiner als ein Winkel zwischen der Weltraumobjektbewegungsrichtung und einer Orthogonalen zu der Hauptbeobachtungsrichtung ist.The fact that space objects cross the field of view in the main observation direction is to be understood in particular in such a way that the space objects can be imaged with the transparent filter area and the monochrome filter area. This means, among other things, that they sweep over the transparent filter area and the monochrome filter area during observation. The fact that space objects cross the field of view in the main observation direction can further be understood in such a way that an angle between a direction of movement of the space object and the main observation direction is smaller than an angle between the direction of movement of the space object and an orthogonal to the main observation direction.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren zum Auswerten von Abbildungen erhalten von einer Satellitenvorrichtung, einer Teleskopvorrichtung, einer Farbfiltereinheit und/oder durch ein Verfahren nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, umfassend die Schritte: Bestimmen einer Orbitinformation eines Weltraumobjekts, basierend auf mit dem transparenten Filterbereich erzeugten Abbildungen und Bestimmen einer Farbinformation des Weltraumobjekts, basierend auf mit dem einfarbigen Filterbereich erzeugten Abbildungen des Weltraumobjekts und Verknüpfen der Orbitinformation und der Farbinformation zu einer Objektinformation.According to a further aspect, the object mentioned at the outset is achieved by a computer-implemented method for evaluating images obtained from a satellite device, a telescope device, a color filter device unit and/or by a method according to one of the embodiments described above, comprising the steps of: determining orbit information of a space object based on images generated with the transparent filter area and determining color information of the space object based on images of the space object generated with the monochrome filter area and linking the orbit information and the color information to form object information.
Wenn das Weltraumobjekt hell genug ist, dass es auch in dem einfarbigen Filterbereich sichtbar ist, kann die Orbitinformation auch mit dem einfarbigen Filterbereich bestimmt werden.If the space object is bright enough to be visible in the monochrome filter area, the orbit information can also be determined using the monochrome filter area.
Ein Ergebnis des Verfahrens kann beispielsweise sein, dass ein bestimmtes Weltraumobjekt A die Erde im Orbit O umkreist. Bei der Erfassung zum Zeitpunkt t aus der relativen Blickrichtung α in den Farbbändern blau, grün, rot, gelb und nahinfrarot war die Helligkeit des Objekts x/y/z.One result of the method can be, for example, that a certain space object A orbits the Earth in orbit O. When detected at time t from the relative viewing direction α in the color bands blue, green, red, yellow and near-infrared, the brightness of the object was x/y/z.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des computerimplementierten Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses den Schritt umfasst: Ausgabe der Objektinformation.In a preferred embodiment of the computer-implemented method, it is provided that it comprises the step of outputting the object information.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses einen oder mehrere der Schritte des Verfahrens zur Erfassung von Weltraumobjekten aufweist.In a further preferred embodiment of the method, it is provided that it comprises one or more of the steps of the method for detecting space objects.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses den Schritt umfasst: Zweites Bestimmen einer Farbinformation des Weltraumobjekts, basierend auf mit dem einfarbigen Filterbereich erzeugten Abbildungen des Weltraumobjekts für den Fall, dass das Weltraumobjekt beim ersten Bestimmen der Farbinformation mit dem einfarbigen Filterbereich nicht erkennbar war, wobei das zweite Bestimmen mit einem Kalman-Filter oder einem maschinellen Lernverfahren erfolgt.In a further preferred embodiment of the method, it is provided that it comprises the step of: second determination of color information of the space object, based on images of the space object generated with the monochrome filter area in the event that the space object was not recognizable during the first determination of the color information with the monochrome filter area, wherein the second determination is carried out with a Kalman filter or a machine learning method.
Beispielsweise kann eine Erkennungsschwelle an den Rändern, insbesondere den einfarbigen Filterbereichen, reduziert sein, um auch dort Weltraumobjekte zu erkennen, insbesondere solche, die zuvor mit dem transparenten Filterbereich erfasst wurden. Beispielsweise kann ein Signalrauschverhältnis an den Rändern vermindert werden.For example, a detection threshold can be reduced at the edges, especially the monochrome filter areas, to detect space objects there as well, especially those previously captured with the transparent filter area. For example, a signal-to-noise ratio can be reduced at the edges.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein System zur Datenverarbeitung, umfassend Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten. According to a further aspect, the object mentioned at the outset is achieved by a data processing system comprising means for carrying out the method according to one of the embodiments described above.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten auszuführen.According to a further aspect, the object mentioned at the outset is achieved by a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to one of the embodiments described above.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch einen computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach dem vorherigen Aspekt gespeichert ist.According to a further aspect, the object mentioned at the outset is achieved by a computer-readable data carrier on which the computer program according to the previous aspect is stored.
Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der einzelnen Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf die erfolgte Beschreibung zu den weiteren Aspekten, den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen verwiesen.For further advantages, design variants and details of the individual aspects and their possible further training, please refer to the description of the other aspects, the corresponding features and further training.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Satellitenvorrichtung, die sich entlang einer Umlaufbahn um die Erde bewegt; -
2 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer Abbildungsdarstellung; -
3 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer Satellitenvorrichtung; -
4 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer Farbfiltereinheit; -
5 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer Farbfiltereinheit; -
6 : eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Erfassung von Weltraumobjekten; -
7 : eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Auswerten von Abbildungen.
-
1 : a schematic, two-dimensional view of an exemplary embodiment of a satellite device moving along an orbit around the Earth; -
2 : a schematic, two-dimensional view of an imaging representation; -
3 : a schematic, two-dimensional view of a satellite device; -
4 : a schematic, two-dimensional view of a color filter unit; -
5 : a schematic, two-dimensional view of a color filter unit; -
6 : a schematic representation of a method for detecting space objects; -
7 : a schematic representation of a method for evaluating images.
In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.In the figures, identical or essentially functionally identical or similar elements are designated by the same reference numerals.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und auch einzeln oder in einer andere als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also further develop the invention independently of one another and are also to be considered as part of the invention individually or in a combination other than that shown. Furthermore, the described embodiments forms can also be supplemented by further features of the invention already described.
Die
Es ist darüber hinaus eine zweite beispielhafte Teleskopachse 110' gezeigt, die ca. 350 km über dem Erdhorizont ausgerichtet ist. Der Pitchwinkel 114 stellt sich zwischen der Teleskopachse 110' und der Bahnachse 106 ein.A second exemplary telescope axis 110' is also shown, which is aligned approximately 350 km above the Earth's horizon. The pitch angle 114 is set between the telescope axis 110' and the orbit axis 106.
Wenn die Satellitenvorrichtung 100 im Uhrzeigersinn um die Erde 1 kreist, wird deutlich, dass sich die Satellitenvorrichtung 100 kontinuierlich in der Bildebene dreht, um einen konstanten Pitchwinkel 114 zwischen der Teleskopachse 110, 110' und der Bahnachse 106 einzustellen, da sich die Bahnachse 106 kontinuierlich mitbewegt. In
Die Teleskopvorrichtung 202 umfasst ein Teleskopobjektiv 204 und einen bildgebenden Teleskopsensor 206. Mit dem Teleskopobjektiv wird das Blickfeld 205 aufgespannt. Der Teleskopsensor 206 ist angeordnet und ausgebildet, Abbildungen der Weltraumobjekte 116 vor einem Sternenhintergrund zu erzeugen.The telescope device 202 comprises a telescope lens 204 and an imaging telescope sensor 206. The telescope lens spannes the field of view 205. The telescope sensor 206 is arranged and configured to generate images of the space objects 116 against a starry background.
Darüber hinaus umfasst die Teleskopvorrichtung 202 eine im Strahlengang zwischen dem Teleskopobjektiv 204 und dem Teleskopsensor 206 angeordnete Farbfiltereinheit 208. Die Details der Farbfiltereinheit 208 werden in den
Die Farbfiltereinheit 300 weist angrenzend an die erste Seite 302 einen blauen einfarbigen Filterbereich 314 und einen grünen einfarbigen Filterbereich 316 auf. Angrenzend an die zweite Seite 304 weist die Farbfiltereinheit 300 einen nahinfrarot einfarbigen Filterbereich 320 und einen roten einfarbigen Filterbereich 318 auf.The color filter unit 300 has a blue single-color filter area 314 and a green single-color filter area 316 adjacent to the first side 302. Adjacent to the second side 304, the color filter unit 300 has a near-infrared single-color filter area 320 and a red single-color filter area 318.
Zwischen den einfarbigen Filterbereichen, genauer gesagt zwischen dem grünen einfarbigen Filterbereich 316 und dem roten einfarbigen Filterbereich 318, ist ein transparenter Filterbereich 312 vorgesehen. Der transparente Filterbereich 312 ist um ein Vielfaches größer als die Summe der einfarbigen Filterbereiche 314, 316, 318, 320. Ein weiterer Vorteil der Farbfiltereinheit 300 besteht darin, dass sich zusätzlich zu der Wahl der einfarbigen Farbfiltereinheiten auch die Anordnung der einfarbigen Farbfiltereinheiten und des transparenten Filterbereichs sowie die relative Breite der einfarbigen Farbfiltereinheiten und des transparenten Filterbereichs je nach Anwendungsfall und Priorität anpassen lassen.A transparent filter area 312 is provided between the monochrome filter areas, more precisely between the green monochrome filter area 316 and the red monochrome filter area 318. The transparent filter area 312 is many times larger than the sum of the monochrome filter areas 314, 316, 318, 320. A further advantage of the color filter unit 300 is that, in addition to the selection of the monochrome color filter units, the arrangement of the monochrome color filter units and the transparent filter area as well as the relative width of the monochrome color filter units and the transparent filter area can be adjusted depending on the application and priority.
Wenn sich nun ein Weltraumobjekt 116 in das Blickfeld der Teleskopvorrichtung 202 bewegt, bewegt sich dieses, betrachtet von dem Teleskopsensor 206 ausgehend, durch die Filterbereiche 312, 314, 316, 318, 320 der Farbfiltereinheit 300. Insbesondere durch die Informationen, erhalten innerhalb des transparenten Filterbereichs 312, wird eine Positions- und Orbitinformation erhalten beziehungsweise diese Bestimmung wird ermöglicht. Dadurch, dass das Weltraumobjekt 116 auch die einfarbigen Filterbereiche 314, 316, 318, 320 durchquert, können von dem Weltraumobjekt 116 auch Farbinformationen gewonnen werden.When a space object 116 moves into the field of view of the telescope device 202, it moves, as viewed from the telescope sensor 206, through the filter areas 312, 314, 316, 318, 320 of the color filter unit 300. In particular, the information obtained within the transparent filter area 312 enables position and orbit information to be obtained or determined. Because the space object 116 also passes through the monochrome filter areas 314, 316, 318, 320, color information can also be obtained from the space object 116.
In
In Schritt 404 ist vorgesehen, dass mindestens eine Abbildung mit dem transparenten Filterbereich 312 und mindestens eine Abbildung mit dem einfarbigen Filterbereich 314, 316, 318, 320 eines einzelnen Weltraumobjekts 116 erzeugt wird.In step 404, it is provided that at least one image with the transparent filter area 312 and at least one image with the monochrome filter area 314, 316, 318, 320 of a single space object 116 is generated.
In
In Schritt 416 wird die Orbitinformation und die Farbinformation zu einer Objektinformation miteinander verknüpft.In step 416, the orbit information and the color information are combined to form object information.
Die im Vorherigen beschriebene Satellitenvorrichtung 100 und die entsprechenden Verfahren ermöglichen die präzise Positions- und Orbitbestimmung eines Weltraumobjekts 116 sowie die gleichzeitige Bestimmung einer Farbinformation des Weltraumobjekts. Die derzeit in der Industrie zu berücksichtigenden Nachteile, insbesondere dass entweder keine Farbinformation erhalten werden kann oder die Positionsbestimmung eine geringere Genauigkeit aufweist, kann mit der Satellitenvorrichtung 100 und den im Vorherigen beschriebenen Verfahren verhindert werden.The satellite device 100 described above and the corresponding methods enable the precise position and orbit determination of a space object 116, as well as the simultaneous determination of color information of the space object. The disadvantages currently encountered in the industry, in particular that either no color information can be obtained or the position determination is less accurate, can be avoided with the satellite device 100 and the methods described above.
BEZUGSZEICHENREFERENCE SYMBOL
- 11
- ErdeEarth
- 22
- NordpolNorth Pole
- 100100
- SatellitenvorrichtungSatellite device
- 102102
- Umlaufbahnorbit
- 104104
- Umlaufbahn-KoordinatensystemOrbital coordinate system
- 106106
- BahnachseRailway axis
- 108108
- Schwerkraftachseaxis of gravity
- 110, 110'110, 110'
- TeleskopachseTelescopic axis
- 112112
- Blickfeldfield of vision
- 114114
- PitchwinkelPitch angle
- 116116
- Weltraumobjektspace object
- 130130
- AbbildungsdarstellungIllustration representation
- 132132
- Weltraumobjektspace object
- 134134
- Sternstar
- 200200
- SatellitenvorrichtungSatellite device
- 202202
- TeleskopvorrichtungTelescopic device
- 204204
- TeleskopobjektivTelescope lens
- 205205
- Blickfeldfield of vision
- 206206
- TeleskopsensorTelescopic sensor
- 208208
- FarbfiltereinheitColor filter unit
- 210210
- SteuerungsvorrichtungControl device
- 212212
- Solarpanelsolar panel
- 214214
- TeleskopachseTelescopic axis
- 300, 300'300, 300'
- FarbfiltereinheitColor filter unit
- 302302
- erste Seitefirst page
- 304304
- zweite Seitesecond page
- 306306
- OberseiteTop
- 308308
- Unterseitebottom
- 310310
- HauptbeobachtungsrichtungMain observation direction
- 312312
- transparenter Filterbereichtransparent filter area
- 314314
- blauer einfarbiger Filterbereichblue monochrome filter area
- 316316
- grüner einfarbiger Filterbereichgreen monochrome filter area
- 318318
- roter einfarbiger Filterbereichred monochrome filter area
- 320320
- nahinfrarot einfarbiger Filterbereichnear-infrared monochrome filter range
- 322322
- WeltraumobjektbewegungsrichtungSpace object movement direction
- 324324
- WeltraumobjektbewegungsrichtungSpace object movement direction
- 326326
- erster roter Unterbereichfirst red sub-area
- 328328
- zweiter roter Unterbereichsecond red sub-area
- 330330
- dritter roter Unterbereichthird red sub-area
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|---|---|---|---|---|
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2025
- 2025-05-28 WO PCT/EP2025/064813 patent/WO2025247984A1/en active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2025247984A1 (en) | 2025-12-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |