一种点目标探测系统能量集中度计算方法

在点目标探测系统中,光学系统的能量集中度决定了单个像元收集到点目标能量的水平,直接影响点目标探测系统的图像信噪比。在相机设计完成后,需要对相机的能量集中度进行测试,评价相机的性能。传统方法对点目标探测系统的能量集中度计算采用"中心像元法",由于相机探测器中心位置偏移和靶标尺寸的影响,计算结果存在很大误差。文章通过建立点源靶标成像模型,分析出靶标尺寸和探测器位置对点目标像斑的影响,提出了求解点目标能量集中度的一般过程,并设计出了一种容易实现的计算方法。通过对点目标像斑进行高斯拟合,然后通过两次反卷积去除探测器位置和靶标尺寸的影响,实现了对能量集中度的求解。计算结果表明,文中提出的方法比传统方法更接近实际情况,具有工程应用价值。     

星载红外凝视相机信噪比计算分析

红外相机信噪比计算是衡量相机能否满足探测要求、评估系统总体指标是否合理的必要环节。从电子数角度出发，引入了计算空间红外凝视相机系统噪声与信噪比的方法，首先建立了完整的噪声计算模型，分析了不同噪声源对探测能力的影响，并比较了电子数法与比探测率法计算信噪比的适用情况。在此基础上分析了点目标探测与面目标探测中影响系统信噪比的主要因素。最后，利用建立的电子数计算模型，分析了美国微型传感器技术集成演示试验（MSTI-3）系统对大气背景的测量能力。     

深空背景下运动点目标探测距离模型研究

红外相机探测运动点目标时,探测能力主要指标为探测距离,而影响探测距离的因素很多,如光学系统工作温度、红外探测器像元尺寸、目标特性等。文章从红外相机点源目标探测基本理论出发,建立了运动点目标红外相机探测距离估算模型,分析了影响探测距离的各相关因素,为深空背景下运动点目标红外相机的指标设计提供理论参考。     

基于点源阵列的星载面阵CMOS相机静态PSF测量

点扩散函数(Point Spread Function,PSF)能够完整表征物空间一点发出的光经过相机系统在像空间的分布特性,是空域图像复原、图像超分等处理的关键先验信息。针对基于点源的星载面阵CMOS相机静态点扩散函数PSF测量受点源相位影响、采样点少的问题,分析了相位模型,建立了相位理论模型模板库,提出了基于相似性度量函数模板匹配的相位确定方法,首次形成一套点源阵列靶标设计及数据处理方法,并对该PSF测量方法进行蒙特卡洛仿真,结果表明文章提出的方法对信噪比变化不敏感,具有较强稳定性,以二维高斯分布标准差衡量,测量精度达到95%。将该方法用于"高分四号"卫星全色CMOS相机的静态PSF测试,证明了该方法在星载面阵CMOS相机静态PSF测试工程应用中的可行性。     

空间目标可见光相机探测能力理论计算方法研究

空间目标可见光相机的探测能力主要与相机自身收集目标信号的能力、相机本身的背景噪声以及探测器组件的噪声水平有关。衡量空间目标可见光相机探测能力的主要技术指标是信噪比。在国内外相关资料比较缺乏的情况下,文章通过原理研究和理论推导,得到了空间目标可见光相机探测能力理论计算公式,并用实例进行了例证,表明该方法正确可取,为空间目标可见光相机设计时对探测能力的分析和预估提供了理论计算方法。     

空间目标可见光相机探测能力理论计算方法研究

空间目标可见光相机的探测能力主要与相机自身收集目标信号的能力、相机本身的背景噪声以及探测器组件的噪声水平有关。衡量空间目标可见光相机探测能力的主要技术指标是信噪比。在国内外相关资料比较缺乏的情况下，文章通过原理研究和理论推导，得到了空间目标可见光相机探测能力理论计算公式，并用实例进行了例证，表明该方法正确可取，为空间目标可见光相机设计时对探测能力的分析和预估提供了理论计算方法。     

空间视觉测量覆盖特性建模与仿真

空间视觉测量的覆盖特性可以用视场和作用距离两项指标来描述。文中从空间几何的角度,建立了视场指向固定、视场以一定的周期变化规律和以目标为指向的3种覆盖模型,并利用MATLAB软件进行仿真分析。结果显示,视场指向固定时和以一定的周期变化规律时的覆盖率低于以目标为指向的覆盖率,以目标为指向时的覆盖率与相机和探测光标的相对距离有关,不受视场的限制。     

美国STSS卫星有效载荷主要指标探讨

根据目标光学特性、大气吸收特性及地球背景辐射特性,推测了美空间跟踪与监视系统（STSS）卫星助推段捕获相机和中段跟踪相机的波段选择。根据卫星轨道及目标运动特性,推测相机探测距离和视场。以推测结果为输入条件计算星座覆盖率,结果验证了推测的合理性。     

空间相机离轴角引起的积分时间误差分析

光学遥感卫星中空间相机常用的离轴三反光学系统,离轴三反系统能扩大光学系统视场、提高系统调制传递函数（MTF）,但是离轴角会带来积分时间不同步的问题,文章对离轴角引起的积分时间不同步而产生的成像品质影响进行了分析。首先对离轴三反光学系统的离轴角建立数学模型后,应用STK软件仿真空间TDICCD相机在不同级数下离轴角带来的摄影点积分时间和星下点积分时间的差异,然后用Matlab编写程序处理得到的不同积分时间的采样点得出结论,离轴角越大,光学系统的传递函数越小,光学相机成像品质越差。在工程应用中,对一个确定离轴角的离轴三反光学系统,通过仿真,对积分时间调整给出了相应设计建议。     

雷达本振相位噪声的数字仿真技术

在现代雷达和通讯系统中 ,本振相位噪声越来越成为决定系统性能的关键因素。分析了本振调相、调幅噪声对相参雷达系统探测性能的影响 ,给出了主杂波环境下雷达发射机调相噪声以及发射机泄漏的调幅噪声的数字仿真模型。在雷达数字仿真系统中使用这些模型 ,可以在各种环境下定量分析微波本振相位噪声对目标探测性能的影响 ,对昂贵的微波系统提出满足总体设计要求的合理指标。     

一种2π视场高分辨热等离子体分析仪设计与仿真

针对空间热等离子探测中大通量动态范围、宽视场和高分辨率的需求，以带顶盖球形静电分析器为基础设计了2π视场热等离子体分析仪(Hot plasma analyzer, HPA)，探测性能得到显著提升。通过优化球形剖面视场偏转系统以及粒子光学系统，实现对热等离子体的2π视场高角度分辨率探测，可探测能量范围覆盖50 eV~20 keV，能量分辨率优于10%。利用顶盖电压控制方式实现几何因子在两个量级内连续可调，可以满足对太阳风和磁层热等离子体的全空间高分辨探测需求。     

萤火一号火星探测器离子分析器设计和仿真技术

对萤火一号(YH-1)火星探测器离子分析器设计和仿真技术进行了研究.离子分析器采用球带形静电分析器配合“喇叭口”式入射偏转系统的方案.建立了仿真模型并仿真计算了静电分析器因子、能量分辨率和探测视场等参数.仿真结果表明:离子分析器的性能指标优于探测指标,具有2π的探测视场.     

多普勒非对称空间外差干涉仪调制度分析

多普勒非对称空间外差光谱仪是近年得以迅速发展的新型中高层大气风场探测仪器,具有视场展宽、大光通量、高光谱分辨和多谱线同时探测等特点。该仪器的干涉调制度是影响风场反演精度的关键指标。文章基于非对称空间外差光谱技术基本原理,推导了干涉仪视场展宽前后的干涉理论积分公式,分析了干涉调制度与仪器视场角、最优光程差的关系,通过对干涉方程中像元采样积分推导得到干涉调制度与采样间隔的理论形式,仿真了干涉调制度与仪器视场角、最优光程差和采样间隔的定量关系曲线,并通过实验室搭建试验装置对分析结果进行验证。研究结果表明:随着非对称空间外差干涉仪视场角和光程差偏置量的增加,干涉调制度降低;调制度沿着波数增大的方向上升,在同一波数处,随着采样间隔的增加,干涉调制度降低。理论分析和试验测量结果调制度最大偏差0.02,分析与实测结果一致性较好。     

大动态范围双通道相机的光谱定标

双通道相机采用高亮度探测通道和低亮度探测通道动态范围相结合的方式,实现对观测视场内大辐亮度动态范围场景的成像;光谱定标的目的是得到大动态范围双通道相机的相对光谱响应。文章分析了使用光栅单色仪对双通道相机进行光谱定标时存在的问题;通过光谱定标光源功率调整和光谱定标光源相对光谱分布的传递测量,克服了光谱定标光源能量、标准探测器的动态范围、双通道相机响应动态范围三者不匹配的问题,解决了低亮度探测通道光谱定标时弱单色光信号标定的问题;对光谱定标光源的偏振态进行了调制,减小了测量光束偏振态引入的测试误差,分别实现了响应度差异大的两个通道的光谱定标。     

应用相位相关法的TDICCD空间相机像移测量方法

空间相机亚像素精度的像移高精度测量是一项技术难题。文章针对高分辨率TDICCD空间相机的成像特点提出一种直接测量像移的方法,该方法利用高速图像传感器获取图像序列,然后采用基于局部上采样的相位相关法来测定亚像素像移变化曲线。Matlab软件的仿真实验结果表明,该方法对图像噪声和灰度变化有很高的容忍度,其测量精度在图像信噪比高于10dB时优于0.1个像元。     

32通道TDICCD遥感相机模拟前端电路设计

在TDICCD遥感相机成像系统中,模拟前端电路性能对提高系统信噪比具有重要作用。为了提高成像系统的信噪比,需要对模拟前端电路进行优化设计。在分析模拟前端电路各部分功能的基础上,采用CCD视频处理器件实现32通道模拟前端电路的方案设计,合理设置前置滤波放大电路带宽并完成仿真,确定相关双采样箝位和采样脉冲相位,设计低电压差分信号发送电路,对高速串行发送接口电路误码率进行测试,最终采集图像并完成图像信噪比计算。工程实践结果表明,在像素时钟为5MHz时,系统的信噪比可以达到52d B,满足实际工程应用需求。     

基于CMOS APS的星敏感器光学系统参数确定

基于CMOS APS图象传感器的星敏感器是适应航天技术的发展而产生的新一代姿态敏感器。确定光斑形状和大小、光学系统有效通光孔径、视场和焦距等参数是进行星敏感器光学设计的前提。本文基于选定的CMOS APS图象传感器分别对这些参数进行了分析和计算。确定光斑形状和大小的依据是，减小由于探测器像元对光斑能量分布的采样导致点扩散函数变形，从而引起的利用亚像元技术求星像中心的计算误差。光学系统的有效通光孔径与星敏感器所能探测到的极限星等有关，通过从目标辐射特性直到探测器响应的能量计算可以确定孔径的大小。确定视场和焦距首先要满足星敏感器实现全天自主星图识别所需的导航星捕获概率，其次要考虑与之相关的误差。     

机载雷达的多个分辨率信号处理技术

合成孔径雷达（SAR）利用通过时间积累和自身的运动所获得的很高空间分辨率，可以降低某一给定分辨单元中的背景杂波功率，从而探测出非运动目标。而地面动目标显示（GMTI）雷达为了探测则采用低得多的分辨处理，利用的是实际孔径与动目标和杂波之间的空．时响应的相对差别。因此，SAR和GMTI代表了两种不同的时间处理分辨尺度，它们对探测固定（在SAR情况下）或者外围杂波中的（在GMTI情况下）目标来说是最佳的，并已经单独验证过，能够很好地工作。基于机载雷达数据处理的这种多个分辨率说明，就有可能研究出一种探测技术，该技术将着手优化信号处理分辨尺度（比如时间积累的长度）来与所关注目标的动态情况相匹配。本文研究怎样利用长相参处理时间间隔（CPI）的信号处理技术来改善GMTI雷达的探测性能。     

基于iSIGHT集成平台的次镜支撑结构优化设计

空间遥感相机次镜支撑结构的稳定性对相机的成像品质具有很大的影响,对其进行分析和优化设计具有重要意义。通用的有限元分析方法无法对复杂结构自动进行多目标、多约束及多设计变量的优化设计。文章研究了以 iSIGHT 为集成平台的多目标优化设计方法及复杂结构的参数化有限元模型的建立方法,设计了次镜支撑结构的优化策略;通过分析得到了影响次镜支撑结构稳定性的各变量的灵敏度、设计空间及最优设计方案,结构性能大大提高。这种优化方法可以快速地找到最优方案,大大提高优化效率及产品的可靠性,可应用于其它次镜支撑结构设计乃至整个遥感器的设计中。     

空间相机结构设计中的拓扑优化及尺寸优化

在复杂的整机力学环境下,以空间遥感相机支架最大自由模态为优化目标,将整机关键技术指标(基频、轻量化要求、自重变形要求等)作为约束条件,利用拓扑优化及尺寸优化技术,对某相机支架进行了优化设计。试验结果表明该方法能有效提高相机基频,相机支架实现了轻量化设计,质量减轻10%,验证了拓扑优化及尺寸优化技术在空间相机结构设计中的有效性。