CBERS-02星红外数据系统正反扫描行配准方法研究

CBERS-02星搭载的有效载荷有一台是红外多光谱扫描仪（IRMSS），它是摆扫式的相机，与推扫式的CCD相机成像方式不同。摆扫式IRMSS相机的几何校正处理对比推扫式相机更为复杂，特别是正反扫描行之间，容易出现不配准、有缝隙或叠加等问题。文章根据IRMSS成像的机理，对CBERS-02星IRMSS图像存在的扫描行不配准问题进行了改进，达到了良好的效果。     

CBERS-02星红外数据系统正反扫描行配准方法研究

CBERS-02星搭载的有效载荷有一台是红外多光谱扫描仪(IRMSS),它是摆扫式的相机,与推扫式的CCD相机成像方式不同。摆扫式IRMSS相机的几何校正处理对比推扫式相机更为复杂,特别是正反扫描行之间,容易出现不配准、有缝隙或叠加等问题。文章根据IRMSS成像的机理,对CBERS-02星IRMSS图像存在的扫描行不配准问题进行了改进,达到了良好的效果。     

敏捷光学卫星多模式推扫成像时的偏流角研究

对运行于太阳同步轨道的以时间延迟积分CCD(TDI-CCD)相机为成像有效载荷的敏捷光学卫星姿态对地指向变化的多模式推扫成像,研究了基于运动学和卫星自身姿态信息的偏流角解算方法。基于线阵TDI-CCD推扫点目标瞬时成像、区域扫描成像和立体成像模式,分析了动态成像过程中的偏流原理。综合运动学和速度矢量方法,推导出了星下点速度矢量在敏感器坐标系中的表达式。数值仿真表明:当相机推扫方向与航迹方向平行时,偏流源于地球自转;当相机推扫方向与航迹方向不平行时,偏流角主要受地表的牵连速度影响。采用姿态偏航控制对偏流角进行调整,可实现敏捷光学卫星执行多模式推扫成像技术。     

色散推扫型高光谱数据系统残余误差校正

高光谱遥感成像链路中各个环节产生的系统误差会降低数据质量（quality）,从而削弱高光谱数据的应用潜力。为了消除高光谱辐亮度数据中的系统残余误差,以色散推扫型高光谱遥感系统为例,提出了基于成像链路的系统残余误差校正流程。首先,从成像链路出发,在不同环节分析系统残余误差的产生原因及机理;然后,通过分析检测及校正算法对数据质量的影响,以及误差项之间的内在联系,设计了一种系统残余误差校正流程;最后,以PHI高光谱数据作为数据源对提出的校正流程进行实验验证。结果表明：校正后的图像可视性增强;信噪比显著提高,最大提升值为91.9%;反射率数据中的过校正现象得到有效消除。利用该校正流程能够较好的消除数据中的系统误差,提高图像数据质量以及后续应用处理能力。     

基于星载合成孔径雷达的环扫成像模式设计

针对星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)在广域范围内进行目标搜索的应用需求,设计了环扫SAR成像的模式,主要目的是解决海上广域范围内的目标搜索问题。文中首先分析了环扫SAR成像的基本原理,建立了环扫SAR成像的几何模型,分析了波束的最优覆盖设计。重点对环扫SAR成像的二维空间分辨率与成像幅宽等关键指标参数进行了分析,并通过计算机实例开展了仿真,证明了成像模式设计的正确性。最后给出了某卫星的环扫SAR成像的在轨验证结果,通过不同的数据处理方法得到的处理结果证明了该成像模式对于海上广域范围内的目标检测具有较好的应用。     

新体制光学遥感卫星变转速环扫控制方法

针对基于圆锥扫描的新体制超宽覆盖光学遥感卫星在变转速环扫成像过程中，多条带在固定时间内有效拼接的问题，为了确保其在一个环扫周期内，卫星在相机开机期间绕对地轴慢速稳定自旋、相机关机期间变转速快速自旋，并且在下一次相机开机时刻自旋到指定的相位，提出一种bang-bang控制与固定时间控制相结合的复合控制方法。首先给出变转速姿态控制问题的数学模型，并采用两次坐标旋转，分别描述垂直于自旋轴和绕自旋轴的运动，建立光学环扫成像卫星的姿态模型。针对变转速环扫控制问题，将bang-bang控制与固定时间控制相结合，设计控制策略，并推导固定时间控制律。仿真校验结果表明，所提出的控制方法对于解决光学环扫成像卫星变转速环扫控制问题具备有效性，并具有良好的控制精度。     

光学稳像系统颤振抑制性能的分析与设计

光学稳定成像方法是一种用于隔离视轴颤振对成像质量影响的综合处理技术,它结合传统光学与反馈控制理论,通过闭环控制系统驱动在光成像通路内的动态校正机构补偿探测视轴与成像焦面间的相对运动,进而有效提升成像质量。文章首先建立了光学稳像系统的回路模型,并在此基础上,根据控制系统稳定性判据导出了颤振抑制函数的设计约束,分析了像移测量延时特性、测量精度特性及校正机构动态性能对颤振抑制带宽的影响。文章进一步给出了一种光学稳像系统颤振抑制带宽的设计方法,该方法针对视轴颤振的功率谱密度、像移探测性能和光机校正机构的动态性能完成了颤振抑制带宽的优化,从而可最小化颤振补偿残差。最后通过试验验证了文中分析结论和设计方法的有效性。     

一维综合孔径微波辐射计在轨定标方法

G矩阵反演法是一维综合孔径辐射计普遍采用的图像重构算法，其实现包含两个关键要素：系统响应G矩阵标定和有效的数值反演算法。目前，在轨运行的辐射计采用系统误差分步测量的定标方法。在G矩阵反演法和点源测量G矩阵的理论基础上，对相应点源测量试验过程和水体成像试验过程进行了介绍，并对成像精度进行了分析，验证了整体定标的可行性。接着，提出了在轨G矩阵定标方法，并分析了卫星机动对载荷的影响。相比于目前在轨应用的分步测量系统误差的定标方法，该方法利用外部定标源整体标定系统响应G矩阵，能够简化分步定标各系统参数的定标过程，实现符合设计的成像精度，为后续高精度的图像重构算法提供保证，给一维综合孔径辐射计在轨定标提供了新的思路。     

一维镜像综合孔径的近场相位校正方法

镜像综合孔径微波辐射成像的原理基于远场条件推导,不适用于近场成像。为了解决近场条件下的镜像综合孔径成像问题,本文推导了近场双天线互相关表达式,发现近场双天线互相关可以表示为远场双天线互相关与近场相位因子的乘积。校正该相位因子后,即可使用反余弦变换进行近场亮温重建,从而解决了近场条件下的成像问题。本文提出了两种基于外部点源的近场相位校正方法,并分别对点源目标及展源目标进行了仿真,仿真结果表明:校正后的亮温重建误差较小,从而验证了这两种方法的有效性。     

一种适合于斜视TOPS SAR的改进PFA成像方法

针对斜视循序扫描地形观测(TOPS)合成孔径雷达(SAR)成像模式,对广义极坐标格式算法(PFA)进行改进,提出了一种先线性走动校正(LRWC)后PFA插值的成像方法。利用LRWC显著降低了距离向与方位向的耦合,简化了距离单元徙动校正过程。走动校正后方位向采样依然是均匀的,因此方位向插值可采用Chirp-Z变换快速实现。对于波束扫描及走动校正引起的多普勒调频率的方位空变问题,采用方位非线性变标(ANCS)的方法进行统一校正,大幅提高了方位向的聚焦深度,扩大了可良好聚焦的场景范围。仿真和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。     

地球静止轨道微波辐射计技术

静止轨道微波辐射计可实现全天时、全天候、高频次云雨大气观测,在台风、流域性强降水探测和预报方面发挥重要作用。但在波束扫描、多频复用、系统定标等方面的运用存在较大困难,世界上尚无在轨应用先例。现从探测需求出发,对静止轨道微波辐射计进行了系统方案设计。提出了卫星平台与辐射计部件快慢结合扫描的方法,以解决波束扫描和系统定标难题;提出了低频选入射角层叠式布局准光学频段分离方法,以解决多频段复用难题。研制了微波辐射计原理样机,通过实验室和外场试验验证了系统设计,为静止轨道微波探测卫星研制提供了一定指导。     

遥感卫星全视场成像质量仿真方法研究

基于卫星工具包(STK)和MATLAB软件,提出了一种对卫星全视场成像进行物理建模分析的交互仿真方法。以一颗运行在650km高度的太阳同步轨道、具有侧摆能力的遥感卫星为例,对相机在运动中的全视场积分时间偏差和全视场偏流角修正残差进行了仿真分析。仿真结果表明,文章提出的方法能够较精确地对相机在轨全视场的成像质量进行分析,从而可用于在轨成像性能预估。该仿真方法还能以卫星工程数据作为输入,用于卫星星上算法验证、在轨误差分析补偿等方面,为保障卫星在轨成像质量发挥作用。     

一种航天器磁特征全息成像方法

为准确描述和评估航天器的磁特性,建立航天器网格化磁模型,提出航天器磁场信息成像方法。利用立体阵列扫描系统,对航天器测量面的磁场信息进行采集和计算,联合磁梯度张量的模量极值和欧拉反演法确定其内部磁源的水平位置和深度,实现航天器内部、探测面和空间磁信息的可视化分析和展示。航天器模型（格距10 cm）三点磁源试验和计算结果显示,该方法对内部磁源单方向定位偏差小于0.05 m,单方向磁矩偏差小于0.02 A?m2;空间磁场强度和磁矩误差均小于5%。该方法为快速获取类长方体形航天器的磁信息提供了一种新的工程实践手段。     

利用载人航天器进行热控涂层舱外搭载试验研究

为了解空间环境对热控涂层性能的影响,文章设计了舱外热控涂层搭载试验方案,包括试验件配置、在轨试验和回收方法。试验件在轨试验期间安放在载人航天器密封舱前舱门外,暴露于空间环境中;在实现对接、建立组合体后,航天员不需太空行走即可实施对搭载试验件的回收及再次安装等操作。该方案若成功应用并回收试验件至地面,我国将首次获得热控涂层空间飞行试验数据。     

基于MFT的非匀速转动目标干涉ISAR三维成像方法

非匀速转动目标各距离单元内的回波信号为多分量的多项式相位信号,采用傅里叶变换进行横向压缩得到的目标ISAR像会发生散焦,从而影响干涉ISAR三维成像质量。针对非匀速转动目标,提出了一种基于匹配傅里叶变换的InISAR三维成像方法。该方法对各天线接收回波的每个距离单元采用匹配傅里叶变换得到聚焦的目标ISAR像,进而得到散射点不同接收天线间的干涉相位,最后从干涉相位求解散射点三维位置重构目标的三维图像。由于非匀速转动目标多项式相位信号的相位系数之间的比值只与目标转动参数有关,因此该方法只需估计某一个散射点对应回波的多项式相位系数就可构造所有匹配傅里叶变换的积分路径,而且适用于任意阶的非匀速转动目标。仿真表明了该方法的有效性。     

一种基于空间相机热特性的高精度控温方法

为提高空间相机的控温精度以保证成像品质,文章提出了一种基于空间相机热特性的高精度控温方法。该方法从相机控温回路所控区域的能量平衡方程出发,根据控温区域自身的热特性参数,综合考虑其它控温区域对其传热影响以及外热流变化等因素,最终确定本控温周期内的主动控温功耗或加热占空比。通过建立某相机热模型,分别施加上述控温方法与开关比例控制算法,对控温效果进行了仿真对比。结果表明,该方法的控温精度显著优于常用的开关比例控制。     

扫描线校正器两镜面不平行的可行性分析

在CBERS-1卫星红外多光谱扫描仪中,校正器采用了两个反射镜相互平行的方案,当校正器转角很小时,校正器的补偿角速度可以近似认为是线性的。文章分析计算了当校正器的两个反射镜相互不平行时,校正器的旋转所产生的误差,通过分析计算得出,当校正器转角较小及光学系统的像差要求不很高时,校正器的两个反射镜相互不平行是可以使用的。     

液体火箭发动机喷管内加质流场的数值模拟

本文对将液体火箭发动机涡轮排气引入喷管所形成的加质流场进行数值模拟，求解多种气体混合流动的三维Ｎ－Ｓ方程，预示了加质发动机的性质，结果表明：将涡轮排气引入喷管不仅可以用于壁面的冷却，而且还有利于发动机性能的提高。     

地球扁率引起红外地平仪姿态量测误差的数学模型

本文讨论了地球扁率引起红外地平仪的姿态量测误差的数学模型，导出解析形式姿态误差计算公式，可在任意轨道根数和扫描轴安装角情况下用于误差补偿。算例表明，利用本文导出的解析公式与利用数值方法的计算结果完全一致。