CCD共焦的误差分析

在ＣＣＤ相机的研制工作中，需要将多个ＣＣＤ安置于ＣＣＤ相机的焦面位置处，并使各ＣＣＤ像元之间相对于相机焦面的共焦偏差满足相机设计要求。为了达到这一目的，需要对多个ＣＣＤ进行焦面测量。文章对各种误差因素在测量过程中的影响进行了分析。     

航天相机快速定焦的关键参数

在航天相机的装调中,焦平面的位置是影响航天相机的成像质量的关键因素,如何准确且快速地在实验室环境中预置相机的焦平面是体现光学装调水平的重要指标。通过深入研究定焦原理,建立光学模型进行理论推导和光学仿真,发现了定焦过程中平行光管焦面的离焦量与相机焦面组件的偏移量之间的定量关系,提出了离焦放大率的定义并将其作为定焦关键参数进行定焦的方法,克服了传统定焦方法中应用恒定值的轴向放大率定焦而需要反复迭代的缺陷。实验结果表明:装调实例的装调效率较传统装调方法提高了约3倍。由于对焦平面的精度要求主要取决于镜头的焦深大小,因此大相对孔径短焦的相机对焦面偏移量更为敏感,使用该关键参数指导装调,可以快速准确地确定最佳焦面位置,降低反复拆装焦面组件的风险,尤其适用于短焦相机的定焦,能大大节省工作量,提高装调效率。同时,由于离焦放大率和平行光管焦面的离焦量成线性关系,也有利于进行多个具有相同光学参数的相机的快速定焦。     

微小卫星高分辨率相机CCD焦面组件热控制

为了保证微小卫星高分辨率遥感器相机的成像品质，需控制焦面组件的温度水平及温度稳定性，特别是焦面CCD光学探测器件的温度控制。首先提出以相变储能与超低刚度柔性导热索相结合的焦面组件精密热控方法，对相变储能装置与石墨柔性导热索的设计及参数选取进行详细介绍；然后，建立焦面组件的热仿真模型并进行温度计算；最后，在真空环境下进行了热试验。计算与试验结果表明，焦面CCD器件长期温度为15～18.5℃，工作温升速率为0.33℃/min，具有良好的温度水平与温度稳定性；热控补偿功率≤4.8 W，约为焦面组件发热功率的1/10，可节省卫星能源消耗，验证了焦面组件热控制方法的正确性。     

基于热平衡试验的某空间相机热光学集成分析

为研究某空间相机温度场变化对光学系统性能的影响,利用该空间相机热平衡试验温度测试结果,开展了相机光机主体的热光学集成分析,并依次完成了相机温度场反演、热变形分析、光学系统性能分析,以及热光学分析结果同试验测试结果的对比。结果表明：温度是影响该相机光学系统性能的主要因素之一;将光机主体温度控制在设计值能够最大程度上减小热变形对于相机光学系统性能的影响;而当光机主体温度发生变化时,热变形会使得相机焦面偏离初始焦面位置,因此需要对相机进行合理的温控设计并配合焦面调焦来满足在轨成像的需要。     

环月立体观测模式的仿真分析

为了对环月摄影测量的精度有一个形象化的了解,依据探月卫星面阵CCD相机三维成像系统采用的正飞姿态和侧飞姿态的摄影测量方式及其立体重叠率的变化规律进行仿真,并制作相应的演示模型。通过研究、分析,验证采用CCD相机的立体摄影测量方案的技术可行性。     

紫外成像光谱仪焦面CCD散热设计及验证

为保证空间紫外成像光谱仪焦面电荷耦合器件（CCD）在低温环境下的工作性能,需对焦面CCD进行散热设计。首先,根据焦面CCD的热耗、工作模式及温度要求,提出以高性能柔性石墨导热索为主要措施的散热设计方案,建立热仿真模型并进行热分析。然后,在真空环境下进行焦面CCD热平衡试验,结果显示：柔性导热索的CCD连接端与热管连接端温差仅为2.3℃,以此推算出导热索自身热阻为0.65℃/W,满足热阻小于1℃/W的指标要求,具有良好的导热性能;焦面CCD在长期工作模式下的温度为-21.4℃,满足低于-20℃的工作温度要求。仿真分析和试验结果基本一致,表明采用柔性石墨导热索结合热管的焦面CCD散热设计方案合理可行。     

高分辨率遥感相机CCD器件精密热控制

针对某高分辨率空间遥感相机电荷耦合器件（Charge-Coupled Device,CCD）体积小、功耗大但温度稳定性要求高的特点,提出了通过相机发送指令控制补偿加热回路通、断电对CCD器件进行温度控制的方法,并利用IDEAS-TMG软件进行了仿真分析,分别给出了无补偿功率、补偿功率为10W、12.5W、15W与17.5W这5种情况下CCD器件的温度变化曲线。仿真分析结果表明：补偿功率为12.5W时CCD器件的温度波动最小,热设计结果满足各项温度指标。为了验证热设计的可靠性,焦面组件参加了整机的热平衡试验,得到了满意的结果。该设计方法对各类空间遥感相机高温度稳定性要求的CCD器件的热设计和热分析有一定的指导和借鉴作用。     

空间面阵CCD相机时序电路设计

文章介绍了空间面阵CCD相机工作模式和特点,以AT71201M面阵CCD器件为例,探讨了面阵CCD相机时序电路的设计要求和实现方法,对时序发生电路的功能进行了仿真分析.     

采用经纬仪测量航天相机视轴的方法分析

在卫星地面总装时,需要测量航天相机视轴之间以及相机视轴与其他敏感仪器或整星坐标系坐标轴之间的角度关系。文章以某线阵CCD相机的安装测量为例,介绍了使用经纬仪系统确定航天相机视轴的方法以及相机与相机之间、相机与整星坐标系坐标轴之间角度关系的测量。分析中对相机的光学系统进行了简化,重点介绍了测量方法的数学模型,并通过误差传递公式分析了测量精度,最后针对该测量方法的不足提出了改进措施。     

空间天文望远镜主动制冷焦面结构设计、分析与热实验

对某天文卫星的可见光望远镜载荷CCD焦面工作温度需求进行了分析计算。为满足CCD焦面 -65℃ 的工作温度需求,设计了主动制冷焦面结构。采用有限元方法分析了工作温度下热电制冷器和导热胶产生的热应力,结果表明热电制冷器最大应力为14Mpa,导热胶最大剪切应力为1.2Mpa,均处于许用安全应力内。研制的焦面组件模拟件顺利通过了真空热试验,验证了焦面组件的制冷性能与安全性。     

CCD相机系统中的高信噪比多通道信号处理设计

简要介绍了高速CCD相机中的电子学系统及CCD信号的处理流程。根据相机多路CCD信号同步处理的要求,设计了一个信号处理单元并行处理24路像元速率为4MHz的CCD信号。CCD信号处理主要关注在提高相机成像信噪比、暗电平箝位及多路信号一致性调整3个方面,文章针对上述问题进行了分析,提出了解决方案。最后,给出了相机系统的测试结果。     

相机摆放方式对推扫成像试验的影响分析

为了减小空间TDI CCD相机外场成像过程中相机摆放方式引入的误差,更准确地评价相机成像性能,提出了一种相机最佳水平摆放角、半径以及成像仰角的计算方法。建立了推扫成像的像移矢量数学模型,定义了像移矢量与水平摆放角、半径之间的函数关系,对工程近似进行了误差分析。建立了相机仰角与像移失配率之间的函数关系,提出了最佳仰角的计算方法。分析结果表明：在常规大气条件下,水平摆放角为0°,摆放半径为0, 仰角为7°时,相机摆放方式对成像影响最小,成像结果最能客观反映相机性能。     

天基照相跟踪空间碎片批处理轨道确定研究

随着国内外天基观测空间碎片研究的展开,文章提出了利用跟踪卫星的CCD(Charge
Coupled Device)相机对空间碎片进行轨道探测的方法,首先建立了CCD照相观测模型和基于 照相观测 的空间碎片批处理轨道确定模型。通过对CCD相机底片归算方法的分析可知,利用
CCD相机所获得的观测数据与跟踪卫星的姿态无关,且其精度只与测量和坐标转换计算的精 度有关,在测量和计算中可获得较高的精度。分别对分布密度较高的低轨道和地球同步 轨道区域的空间碎片进行了定轨分析。仿真结果表明,定轨时采用两个跟踪弧段的照相数据 定轨精度大大高于一个弧段照相数据的定轨精度;跟踪卫星距离空间碎片越近,定轨精度越 高;低轨道空间碎片的定轨精度高于地球同步轨道上的空间碎片定轨精度。
     

“资源三号”卫星三线阵影像几何质量分析

文章首先简要叙述了基于＂资源三号＂（ZY-3）卫星三线阵TLC影像的严格几何成像模型,然后建立了针对外方位角元素的系统误差补偿模型与相机视向量几何检校模型。经地面系统检校后,采用地面高精度控制点数据对非同时相影像进行试验,并对影像平面精度进行分析评价。结果显示ZY-3三线阵TLC影像无控制点状态下外部定位精度优于6像元,内部几何变形优于1.5像元。     

传输型测绘相机内方位元素误差对高程精度的影响分析

文章通过对摄影测量学中基于空间前方交会的点投影系数法进行分析,建立了摄影测量的高程误差方程,重点分析了传输型测绘相机内方位元素误差对高程精度的影响。以1∶50 000比例尺地图产品为例,分析了某测绘相机的相机主距、主点位置、畸变等内方位元素对高程精度的影响程度,提出在测绘相机研制过程中在保证高程精度方面应注意的问题。     

星载CCD相机真空热试验方法讨论

我国相关标准对于具有主动热控的星载CCD相机单机热真空试验方法一直没有明确定义,相机在试验中的温度设置值如何确定是其关键问题。文章认为此值应与相机的热设计温度范围相同;如果不以温度作为验证热设计的唯一条件,那么相机的热设计也可以同相机结构、光学设计一起,在真空热环境条件下,对相机进行光学性能检测验证。可以通过相机的热真空试验,一方面验证相机的温度适应性;另一方面,设置相应的真空热试验工况,通过光学性能检测来验证热设计。从而减少相机的热平衡试验项目,简化了研制流程。在实施过程中,为了解决相机的光学窗口热流模拟的困难,可在相机光学窗口正对、具有一定距离的位置设置反射镜,并在其背部和周边设置加热回路。文章最后结合某CCD相机的应用实例对相机的真空热试验方法进行了讨论。     

空间CCD相机辐射校正算法分析

空间 CCD 相机对均匀景物响应的不一致在图像中表现为条带现象,相对辐射校正可以减弱或消除条带效应。相对辐射校正可以使用不同的算法,但效果不同。文章选取了某空间 CCD 相机的实验室辐射定标数据,采用基准的归一化系数法和最小二乘法,分别计算该相机的3组相对辐射校正系数,并对实验室原始辐射定标数据进行相对辐射校正,验证3种算法的校正效果。通过相对辐射校正后的图像和3种算法的辐射校正残余误差分析,认为以所有辐亮度DN（digital number）均值为基准的归一化系数法的校正效果在多数辐亮度级下好于最小二乘法。最后分析了相机像元响应线性度和算法辐射校正残余误差的关系。     

高速数字图像数据传输的研究及实现

随着CCD相机几何分辨率和辐射分辨率的提高,其数据传输速率越来越高,传输通道也越来越多,因此对相机与采集卡之间（或者数传设备）的接口性能提出了更高的要求。文章基于并／串（串／并）转换功能的芯片．研究探讨了一种高速数字图像传输方法,可提高数据传输率,减少电缆数量,提高可靠性,为实现航天相机的轻型化、小型化作出一定的贡献。     

CCD相机调试和质量评估中MTF测量的一些体会

CCD是采样器件,不能按照严格理论测量MTF,但光学遥感中仍采用调制度测量作为像质评价尤其是相机调试的重要手段。文中先用简单易理解的方法演算CCD(几何尺寸)正弦波调制度为基础,讨论矩形靶标调制度与正弦靶标区别,靶标相位误差对测量的影响并指出采用测量最大调制度及其技术措施的方法。     

基于集成信号处理芯片的CCD相机视频电子学系统设计

集成信号处理芯片的使用大大简化了CCD（Charge Coupled Device）相机视频电子学系统的设计,减小了系统的噪声,提高了系统的成像品质。通过对某项目CCD相机电子学系统的分析,介绍了基于9942集成信号处理芯片的CCD相机视频电子学部分的设计方法。这种基于集成信号处理芯片的相机视频电子学系统设计方法对今后遥感相机的设计具有较好的实际借鉴意义。