基于目标的全色TDICCD空间相机信噪比分析木

TDICCD是近几年发展起来的一种新型光电传感器,作为焦平面器件已广泛应用于空间相机的设计和制造.本文分析了待观测目标太阳高度角及亮度的影响因素,建立了光能量从待观测目标到空间相机入瞳的亮度传递数学模型,提出了一种基于目标的全色TDICCD空间相机信噪比快速预估计算方法.以模拟极轨卫星所携带的TDICCD相机为例进行了预估分析.结果显示,此模拟北纬20°待观测目标全年星下点太阳高度角范围为41.5°～76.7°,F数为15的TDICCD相机可以获得的最大信噪比大于40dB.本文的推导可用于TDICCD空间相机的预研和总体设计,同时达到验证卫星任务规划与轨道设计合理性的目的.     

空间TDICCD相机动态信噪比计算方法研究

信噪比是空间光学相机系统的主要设计指标之一,可用于表征相机的辐射性能。文章通过建立遥感卫星轨道模型,分析计算一年中任意时刻用太阳高度角和卫星观测角描述太阳、卫星、地面目标点之间的相对位置关系,并将计算得到的卫星观测角和太阳高度角等参数导入大气传输软件MODTRAN,输出在相机入瞳处的地面目标光谱辐亮度,再根据信噪比的计算方法,最后完成TDICCD相机动态的信噪比计算值。通过该方法,可以计算任一时刻任一观测目标的信噪比,这将有利于判断在某一时刻的能量是否满足观测要求,以随时改变TDICCD的探测器级数,使得成像像质达到最佳。     

地球观测卫星的轨道捕获和轨道保持

<正> 地球观测卫星利用星上遥感设备对地球进行观测,以获取各种地面信息.这种卫星通常选取太阳同步兼回归轨道.在太阳同步轨道上,运动的卫星在相同的地方时经过观测区域,卫星摄影时,太阳高度角基本相同;选取回归轨道,其目的是使卫星在运行一个回归周期以后,又重复原先的地面轨迹,这就可以满足用户对同一目标多次重复观测的要求.美国陆地卫星、泰罗斯、依托斯、雨云及法国的地球资源卫星均设计为这样的轨道.     

星载全球大气波动成像仪研究

在卫星上对中间层顶区域的气辉辐射成像观测, 对于全球大气波动的监测和研究具有重要的意义. 利用TDICCD对O₂A (0-0)气辉进行成像观测, 计算了曝光积分时间、信噪比和能达到的最高空间分辨率, 分析了地球自转对空间分辨率的影响, 在此基础上提出一种星载全球大气波动成像仪方案, 该方案可以观测垂直波长大于10km的大气波动, 最高水平分辨率可以达到0.33km.      

星载观测平台的视线误差分析

为分析星载观测平台各项误差源对视线测量精度的影响,研究了一种基于多参量的视线测量误差建模与评价方法.不同于以往卫星、相机的空间测量方式,针对卫星、转台、相机的观测结构,构建了从惯性空间到光学传感器像平面的目标成像模型及星载观测平台视线测量模型.通过推导星载观测平台视线测量误差与观测中13项误差源的关系,提出一种基于灵敏度分析的误差评价方法,并在三个轴向上分析了各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响.利用蒙特卡罗仿真试验验证了理论模型的有效性.结果表明,卫星轨道误差、卫星姿态误差、载荷平台角振动误差、内外框架转动误差、像平面目标像点的位置量化误差是影响星载观测平台视线测量精度的主要因素.该方法能够科学评估各项误差源对星载观测平台视线测量精度的影响,对星载观测平台的总体设计具有重要的应用价值.      

地气光辐射对空间目标成像特性影响分析

为分析地气光辐射对空间目标成像特性的影响，以地球同步轨道(GEO)卫星搭载的可见光成像器为探测平台，利用卫星工具包(STK)设计高椭圆轨道(HEO)及近地轨道(LEO)目标运动场景，根据空间目标、地球、太阳、探测平台之间的位置关系，采用微元法建立空间目标与地气光背景等效星等模型，推导出空间目标信噪比(SNR)计算公式。分析了距离、角度参数变化对不同轨道空间目标、地气光背景等效星等及空间目标信噪比的影响。仿真结果表明:当探测平台距离空间目标较远时，地气光背景等效星等低于空间目标等效星等，地气光辐射比空间目标信号强。当地气光辐射进入和离开空间目标探测视场时，空间目标信噪比最大，该时间段是进行空间目标探测的最佳“观测窗口”。仿真得出的空间目标信噪比值为空间目标探测识别提供了理论计算依据。      

微振动对高分辨率TDICCD图像辐射质量影响

微振动是影响高空间分辨率遥感卫星成像质量的重要因素之一。主要针对微振动对时间延迟积分电荷耦合器件（TDICCD）图像辐射质量的影响规律进行研究,一方面对微振动的影响规律有更深入的研究,另一方面反过来为微振动的抑制提供参考和建议。首先结合成像器件与目标存在相对运动时的曝光成像规律和TDICCD相机成像原理,建立了微振动下TDICCD相机成像的仿真退化模型。然后利用该模型进行仿真计算,得到了仿真退化图像。最后,针对不同的影响因子,包括微振动的振幅、频率以及TDICCD相机级数,分别研究了其对图像辐射质量的影响规律,并结合理论或者工程实际进行分析,其结果基本一致。     

深空组合导航中天文测速观测研究

深空天文测速导航方法以空间中的某颗恒星为目标,利用航天器自身携带的光谱仪测量相对于恒星的移动速度来实时调整自行速度和路线。太阳是主要的测速导航源之一,利用目前运行的空间卫星的光谱观测资料,分析和研究了太阳相对于卫星的视线速度和速度误差变化情况,为本项目中自主导航光谱提供实测证据。选取了太阳表面5个位置的光谱观测,持续时间在一个小时左右,通过高斯谱线轮廓拟合观测数据,得到了太阳表面5个位置的亮度变化、谱线宽度和速度,其中主要参数速度平均值大约在10 km/s,和速度变化在3 km/s。这是由太阳表面存在大量的微观尺度上的物质运动所导致的。     

太阳敏感器光学信号动态激励系统设计

摘要： 基于微小型两轴转台及太阳模拟器，设计了一种太阳敏感器光学信号动态激励系统，适用于卫星控制分系统闭路验证过程.通过对光源、光路、积分器、准直镜的合理选型、设计，使得模拟光的辐照度、准直度、辐照不均匀度、辐照不稳定度达到了控制分系统闭路验证的性能要求.通过结构设计、滑环设计、伺服控制设计，实现了0.02°的转台角度控制精度，以及360°全范围的角度空间可达.综合试验结果表明，该激励系统能够实现卫星在全天球范围内运行过程中对太阳敏感器的有效信号激励，能够应用于控制分系统的闭路验证系统.     

地面姿态模拟光源控制系统研究

太阳敏感器和红外地球敏感器是卫星升空以后进行姿态控制的两个重要部件, 地面姿态模拟光源作为地面测试设备, 用来在地面上给这两个部件提供太阳模 拟信号和红外地球模拟信号. 本文设计了一套由4条光缝组成的模拟卫星自旋转 动的小型太阳模拟光源及针对地球同步轨道高度模拟15.6°张角的南 (北)红外两个地球模拟光源, 并为南北地球敏感器太阳保护探头提供了模拟 的太阳保护光源. 根据地面姿态模拟光源控制系统的组成和总体结构, 通 过分析计算给出各模拟光源之间严格的时序关系, 并对各模拟光源之间的时序 进行了实验测试, 结果表明模拟转速锁相误差不大于1ms, 各模拟光源时序 之间的角度误差小于0.5°.      

星载TDICCD随机振动与数据处理研究

对星载TDICCD进行了随机振动试验，提出了TDICCD机体在进行宽带随机振动工程试验中必定面临的几个技术问题及处理方法，分析了振动环境与结构振动特性的关系及其对TDICCD结构的影响和危害，研究了试验的实用技术和控制方式的选择要点．根据对星载TDICCD振动信号的现场采集结果，分析了振动信号的时域划分、信号采集基本参数的选择原则，并用信号分析仪进行了数据处理，获得了该机体振动的参数，这些动态特性参数为星载TDICCD的防振、隔振提供了可靠的参考，为对机体进行有限元模态计算提供了修正和科学依据．     

星载相机地面电性能测试系统的设计与实现

根据新型相机结构复杂、载荷多的特点，针对性地设计并实现了一种新型星载相机的电性能地面测试系统。分析并总结了地面测试系统的设计需求，并且针对新型相机测试的全面性要求，设计并实现了整星和多种载荷的模拟接口；针对新型相机测试的可靠性要求，提出了冗余网络切换的测试系统设计方法并解决了数据库访问冲突的问题；针对新型相机测试的安全性要求，提出了针对冗余链路的测试方法和错误注入的测试方法。该系统已经成功配合完成了某高轨型号星载相机的研制，并交付使用。试验证明测试系统功能全面稳定，连续测试72h误码率为0，能够满足新型相机全面性、可靠性、安全性的测试需求。     

采样式航天光学遥感成像系统混叠噪声

为了准确计算采样式航天光学遥感成像系统中混叠噪声的权重和分析系统设计参数的影响,采用经验景物模型,模拟成像系统主要噪声源的统计特性,提出了一种含混叠的成像系统噪声计算模型。采用该模型,以某卫星高分辨率相机成像系统为例,计算混叠噪声功率占总噪声功率的百分比,并对不同λF/p参数和不同景物参数的情况进行了仿真。结果表明：该卫星高分辨率相机成像系统中,混叠噪声占较大比重;当提高λF/p时,可有效降低混叠噪声。     

高分辨率相机采用集成微反射镜器件校正像差

对已报道的各种集成微反射镜器件进行综述，对其特点和性能进行比较和评价；提出了采用ＭＥＭＳ工艺制造的微反射镜阵列器件作为能动器件，在星载空间高分辨率可见光相机中进行像差校正的想法，并给出对光学波前误差实时校正的具体方法。     

SVOM卫星星载VHF系统设计

星载VHF系统是中法天文卫星SVOM（Space Variable Objects Monitor）的重要组成部分,为科学目标位置信息及重要数据提供VHF频段的准实时信息下传通道.本文介绍了SVOM卫星星载VHF系统的设计方案,对单机设计、软件设计和调制算法设计等进行了详细描述.SVOM卫星VHF系统是中国首个采用4CPFSK调制方式设计的VHF频段星载数据传输系统.测试和试验表明,星载VHF系统的工程实现满足卫星应用需求,为空间科学卫星重要数据实时传输提供了解决方案.      

空间飞行器用的VM循环低温制冷机研制

本文叙述了用于空间飞行器的VM循环低温冷机的研制。它也用在野外、机载红外雷达、高级夜视或前视装置上。该机具有振动小、寿命长、运转可靠等优点。采用优化设计,精确选择各个结构参数,设计了特殊的同平面双行程驱动机构和良好的传热装置以及先进的磁力传动器,研制出风冷和水冷两种不同型式的单级77K制冷机。试验证明,各项性能指标均达到设计要求,性能稳定,运转可靠。     

卫星扩频信号抗窄带干扰性能限研究

卫星扩频信号的抗干扰性能关系到卫星链路系统的安全性。在高精度测距和有限星载处理能力约束下增加抗干扰环节会增加信号接收机复杂度并且引入测距误差，定量分析扩频测距中的天然抗窄带干扰能力可以为在什么条件下不需要采取抗干扰措施提供决策，对优化系统设计具有重要意义。本文对扩频测距的抗窄带干扰性能限进行了定量计算、分析，设计了实验测试方法和系统，达到了预期目的。     

一种星载SAR模糊区回波信号仿真方法

模糊度是星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)星地一体化系统方案设计中的重要技术指标.为了定量化研究模糊度对图像质量的影响,提出了一种星载SAR模糊区回波信号的仿真方法.该方法采用星载SAR模糊区回波信号模型.利用该方法生成包含观测区场景和模糊区场景的星载SAR回波信号,经成像处理后可以获得具有模糊特性的SAR图像.该仿真方法为定量化研究模糊度与图像质量之间的关系提供仿真工具,它能够反映模糊区目标的图形特征,为SAR图像的解译判读提供参考依据.计算机仿真结果验证了该方法的有效性.      

星载综合孔径雷达设计特点

星载雷达飞行高度高,测绘带宽,因此地球曲率对成像的影响必须考虑;兼之卫星运行轨道偏离理想圆形,雷达离地面高度是个变数,这就使其运动补偿具有自己的特色。其次由于卫星运行速度极快,测绘带又宽,因此星载综合孔径雷达方位和距离模糊问题十分突出。再次,星载综合孔径雷达不满足聚焦深度条件,距离单元位移现象十分突出,必须专门加以校正等等。本文将从上述几方面,探讨星载综合孔径雷达总体设计的特点。