高分多模卫星控制分系统设计及在轨验证

高分多模卫星(GFDM-1)对控制分系统姿态测量精度、姿态确定精度、卫星姿态控制能力、卫星机动能力、可靠性和地面验证方面都提出了更高的要求。文章针对高分多模卫星的特点,对控制分系统的体系结构、技术方案、可靠性设计、寿命试验等方面进行了概述,重点论述了卫星控制分系统基于二级总线的轻小型化体系结构、高精度高稳定度姿态控制技术、敏捷机动姿态轨迹规划技术、长寿命高可靠设计方案。根据卫星在轨运行数据,给出了控制分系统单机和系统性能指标在轨验证情况。     

基于载荷共基准的高分七号卫星构型设计与验证

针对高分七号卫星载荷质量大、数量多,在轨工作环境要求高,总装时间短等特点,以一体化支架为整星成像测绘任务基准,采用载荷共基准的卫星构型布局方法及模块化设计原理,提出"π"平台、整星总装构型和星敏感器载荷一体化安装构型总装设计方案,并得到了卫星研制实践验证。经高分七号卫星在轨运行,结果表明:卫星构型总装方案设计合理可行,能满足卫星需求,可为我国后续高分辨率国土测绘卫星的构型、总装设计提供参考。     

高分多模卫星结构设计与验证

针对目前已有遥感卫星平台产品在结构技术方面缺乏统一的需求分析和规划,公用性和互换性不强的问题,充分考虑后续任务需求,文章提出了新一代遥感卫星,通过进行结构平台及产品的开发和验证,发挥结构平台的通用化、模块化、结构型式简单、高承载、周期短、低成本、快速响应、高稳定性等特点。经高分多模卫星验证,结果表明:通过对新型遥感卫星结构的设计研究,满足总体构型、频率等各项指标要求,结构设计简单可靠,制造工艺稳定,完成多项试验验证工作,可为后续遥感卫星的结构设计应用奠定基础。     

高分多模卫星工作模式设计与在轨验证

针对高分多模卫星多有效载荷、大数据量、复杂敏捷成像等特点,根据多用户对图像质量、成像模式、获取时效性等应用需求及设计约束,提出了高分多模卫星发射入轨、轨道控制、正常运行、任务执行等各工作模式。其中,针对任务执行模式的敏捷成像模式、数据存储与传输模式、特定区域快速获取模式进行了详细论述。在轨测试结果表明:高分多模卫星工作模式设计正确、合理,卫星任务执行效率高、运行稳定,可以满足用户使用要求。     

高分多模卫星飞行程序设计及验证

高分多模卫星(GFDM-1)兼具高分与敏捷特性,具备多种敏捷成像模式,同时具备自主任务管理功能。其飞行程序设计具有在轨工作模式多样、工作状态复杂且耦合性强等特点,首次采用天地一体的自主任务管理方式进行飞控实施。因此,在飞行程序设计中重点开展了事件时序设计和优化,合理设计并行时序并综合采用多种执行方式对事件流程进行优化,实现快速状态建立;针对卫星设计和敏捷特点分析,识别太阳翼展开及捕获跟踪、多模式高频度的载荷任务规划、中继数传模式等关键事件,对其开展地面仿真进行设计优化。高分多模卫星在轨应用和验证结果表明:卫星在轨运行良好,各飞行事件有序开展,飞行程序设计合理有效。     

高分多模卫星星地一体化快速响应系统设计与在轨验证

高分多模卫星采用星地一体化设计,实现了星上处理及信息快速生成分发,将遥感信息的快速响应时间缩短到了分钟级。文章详细描述了高分多模卫星基于星上处理系统(区域提取与处理单元)、数据传输与分发系统(数传分系统),以及地面接收与处理系统的星地一体化快速响应系统架构;开展了辐射校正、几何校正等星地一体化设计方法论证,以及在轨图像定位精度关键指标精度分析。通过高分多模卫星在轨试验完成了快速响应时间及关键指标的在轨评估验证,快速响应时间达到了2 min以内,在一定侧摆角度下图像定位精度可以达到经度方向-50.36 m,纬度方向29.18 m。     

高分多模卫星微振动抑制设计与验证

敏捷型遥感卫星在轨运行期间,星上控制力矩陀螺等扰动源会引起微振动,微振动传递到高分辨率相机等敏感载荷会影响载荷性能,进而影响卫星成像质量,因此需对传递到敏感载荷的微振动进行抑制,以保证卫星高分辨率指标的实现。以高分多模卫星(GFDM-1)的微振动抑制需求为背景,确定了整星微振动抑制技术路线与微振动抑制总体方案,开展了扰动源特性研究,完成了扰动源、星体结构和敏感载荷的减隔振设计与验证,并通过星载微振动测量设备对相机等关键位置的在轨微振动响应进行了测量,对卫星微振动抑制方案进行了飞行验证。在轨微振动测量数据表明:高分多模卫星微振动抑制方案可有效满足敏感载荷相机的微振动抑制需求,可为我国后续敏捷遥感卫星的微振动抑制设计与验证提供参考。     

高分多模卫星图像定位精度保证设计与验证

从高分多模卫星相机成像和处理链路出发,对图像定位精度的影响环节和因素进行研究,针对主要影响因素结合当前设计水平综合考虑,建立了包含轨道确定、姿态测量、时间同步、结构稳定性、相机内方位元素稳定性、地面标定与处理等多个方面的天地一体化图像定位精度保证体系,针对各项提出了具体的系统配置和软件算法设计方案,分别采取了仿真分析、测试和试验等方法进行了验证。介绍了高分多模卫星在轨的轨道确定,姿态测量,内、外方位元素稳定性的情况,对下传的图像几何定位精度进行分析和评价,实际在轨表现与设计预估状态基本一致,表明图像定位精度设计方案和控制措施有效,实现在星下点30°角范围内图像无控制点定位精度优于5 m(1σ)。     

高分多模卫星自主健康管理系统设计与验证

在分析现有遥感卫星自主健康管理系统不足的基础上,提出了高分多模卫星(GFDM-1)自主健康管理系统设计架构,给出了关键设计内容,提出了故障判决条件优化设计及操控接口与事件报告规范化的设计思路。卫星在轨运行结果表明:高分多模卫星能自主对整星健康状态进行实时监测;并在故障发生时,实施自主诊断、隔离和恢复,最大限度地保证卫星安全;能有效监测并报告,短期可自恢复异常;提高了卫星在轨自主运行的可靠性及地面运行管理的效率。     

高分多模卫星敏捷遥感技术研究及应用

敏捷机动技术是提升高分辨率遥感卫星成像能力的一项核心技术。文章分析了高分辨率遥感卫星发展趋势,提出了基于多种敏捷成像模式的新型观测需求,进而提出卫星平台敏捷机动技术的系统要求。结合中型敏捷遥感卫星公用平台(ZY2000 Remote Sensing Satellite Platform)研制,定义敏捷成像模式,分析平台机动能力,提出了卫星敏捷机动指标要求。针对敏捷机动技术的实现,系统性开展了工作,设计了小惯量的星体结构,开发了基于控制力矩陀螺(CMG)的控制系统和控制算法,采用了敏捷任务规划和管理方案,研制了高刚度太阳翼、大量程陀螺、125 Nms控制力矩陀螺等核心产品,开展了数学和半物理仿真验证。高分多模卫星(GFDM-1)作为中型敏捷遥感卫星公用平台的首发星,实现了敏捷机动技术的应用,验证了多种敏捷成像模式下成像质量满足需求。在轨结果表明:高分多模卫星的敏捷机动能力和成像质量满足设计要求,达到国际先进水平。     

高分多模卫星产品保证工作实践

分析了高分多模卫星敏捷成像任务难、中型敏捷遥感卫星公用平台首飞风险高、设计寿命长可靠性要求高、发射场质量确认模式新等特点;总结了主要产品保证工作措施,如狠抓技术风险识别与控制,严格过程管控与专项试验验证,以及压实发射场质量确认责任。上述措施有效保证了卫星产品质量,可为后续卫星研制开展相关产品保证工作提供借鉴。     

高分多模卫星星地任务管理方案设计与验证

高分多模卫星工作模式复杂,工作模式组合变化多,卫星单轨和1天内可执行任务数量大幅增加。为了解决这些问题,在工程上实现卫星灵活、高效的工作过程精准执行,在操作上实现地面段任务管理的简洁、易用,在应用效能上实现卫星能力的充分发挥与卫星安全性的兼顾,参考国内外遥感卫星技术发展,提出"目标、需求、元任务、动作、指令"的5层次星地任务管理架构,明确了以"元任务"作为星地任务接口,并实现算法开发、地面验证和在轨应用。高分多模卫星星地任务管理方案大幅降低了地面任务管理人员对卫星操作的复杂程度,提高了任务上注效率、执行效率和组合使用灵活性,使得卫星的应用潜能得到完全发挥。     

高分三号卫星总体设计验证

高分三号(GF-3)卫星是我国民用"高分辨率对地观测系统重大专项"中唯一一颗微波成像卫星,也是我国第1颗1m分辨率C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星,其定量化指标要求高,同时具有雷达天线质量、尺寸大,热控要求高,脉冲功率大,构型布局复杂等技术特点和难点。文章围绕GF-3卫星技术难点,系统阐述了卫星高定量化、高扩展性等总体设计特点及设计验证方法,并采用系统建模、模拟分析、地面试验和在轨测试等多种措施,确保卫星优良的图像质量和定量化应用能力,使其具备一定的在轨扩展能力。GF-3卫星设计和研制过程中采用的验证方法,可为后续SAR卫星的总体设计提供参考。     

高分多模卫星高分相机优化设计

针对敏捷卫星机动过程中,卫星平台的姿态实时变化及平台微振动对高分辨率相机成像质量的影响,文章提出了适用于敏捷遥感卫星高分相机的3项优化设计技术:一是通过相机与星敏感器一体化设计提高相机的光轴指向精度;二是增加柔性适配装置设计,减少卫星微振动及载荷适配结构的热变形到相机的传递;三是提出了积分时间同速/异速设置及插值/不插值设置策略。经高分多模卫星高分相机在轨多模式成像的验证,结果表明:提出的优化设计技术可以减小或消除卫星敏捷成像机动过程中卫星的微振动及姿态指向精度及积分时间设置精度对高分辨率相机像质的影响,能适应敏捷卫星成像,并获得高质量图像,可为后续敏捷卫星的高分辨率相机设计提供参考。     

高分三号卫星太阳电池阵设计与验证

通过分析高分三号(GF-3)卫星合成孔径雷达(SAR)载荷多模式的成像任务规划、大型展开式桁架构型设计、高低压双母线电源设计等特点,识别出LEO轨道静电放电对高压太阳电池阵设计的影响,卫星左侧视成像和右侧视成像下大型SAR天线遮挡及卫星8年长寿命期间电缆频繁扭转对传输性能的影响,提出了一种适用于复杂遮挡情况下高低压双母线电源系统的太阳电池阵设计思路,完成了太阳电池阵设计、遮挡仿真分析、静电放电试验、电缆扭转试验和在轨数据分析,验证了太阳电池阵设计的正确性,可以为中国后续大功率SAR卫星太阳电池阵设计提供参考。     

基于高分三号卫星的星载无人机双基前视SAR系统设计

高分三号卫星是我国首颗全极化C波段高分辨率SAR成像卫星。文章提出一种以高分三号卫星为辐射源的无人机双基前视SAR系统。对典型双基构型参数下的成像分辨率、分辨率夹角、图像信噪比等指标进行理论分析。所设计的星载 无人机载前视SAR系统，成像场景中心地距分辨率为0.8m，多普勒分辨率为2m，分辨率夹角约为85°，SNR约为52dB，并通过计算机仿真实验，验证了理论分析的正确性和有效性。文章所提出的系统设计方法为星载 无人机载前视SAR高分辨率目标侦察、飞机着陆指引等应用提供解决方案。     

高分多模卫星方案设计与技术特点

高分多模卫星是一颗敏捷光学成像卫星,具有全色优于0.5 m/多光谱优于2 m分辨率、1个全色谱段+8个多光谱谱段、无控制点定位精度优于10 m的能力,同时具有多种敏捷成像模式。文章概述了高分多模卫星的方案设计,并总结了卫星的敏捷成像、敏捷机动、图像质量保证、高定位精度保证、微振动抑制、大气同步校正、自主任务管理等技术特点。卫星的成功发射并投入使用,实现了民用光学遥感卫星优于0.5 m高分辨率图像数据的获取能力,可有效推动我国高分辨率对地观测系统建设和空间遥感的定量化应用水平。     

“一箭多星”发射低地球轨道卫星的构型优化设计方法

针对"一箭多星"发射的低地球轨道(LEO)卫星,提出一种考虑多星-单星耦合作用的卫星构型优化设计方法,从单星系统配置和运载火箭对构型的约束分析、"一箭多星"发射构型设计、单星和多星分配器构型设计3个层次逐级开展卫星构型设计。通过设计实例验证了卫星构型优化设计方法的有效性,此方法能够在满足构型约束条件的同时,实现运载火箭潜力的最大化利用及单星发射成本的最低。     

高分多模卫星影像产品

正高分多模卫星深圳宝安国际机场影像高分多模卫星深圳宝安国际机场全色影像,插图为局部区域真彩色影像。机场候机楼顶部纹理清晰,飞机细节辨别清楚。获取时间:2020年8月25日分辨率:0.5 m影像来源:中国资源卫星应用中心     

遥感卫星平台与载荷一体化构型

随着遥感卫星制造技术的不断提高,高精度、高敏捷性、低成本遥感卫星的需求日益强烈。平台与载荷一体化设计是未来高精度、高敏捷性、低成本遥感卫星发展的重要方向之一,平台与载荷一体化构型设计是平台与载荷一体化遥感卫星的关键。目前已有多颗平台与载荷一体化构型的遥感卫星在轨飞行,中国尚处于起步阶段。文章分析了平台与载荷一体化设计的遥感卫星构型;从提高图像定位精度、降低卫星质量、降低建造成本等方面,分析了平台与载荷一体化构型的优势;对载荷设计需具有整星级优化理念、载荷需提供多种接口、平台与载荷间具有强耦合关系等一体化构型的特点进行了总结;给出了一体化构型的建议,如整星形状设计、主承力结构设计、大型部件布局等。