星载电场探测仪的传感器空间布局研究

电场探测仪是卫星进行高精度电场探测的关键载荷,其传感器的空间布局对探测精度影响很大。文章对传感器空间布局的影响因素和分析方法进行了研究,并以轨道高度500km的太阳同步轨道卫星为例,结合卫星的实际任务运行,对虚假光电场控制、电场探测仪传感器的几何布局构型、传感器与卫星的相互遮挡和干涉关系进行了分析,并最终优化确定了传感器的空间布局。研究结果表明,优化的传感器空间布局可以在设计阶段就针对多种误差,有效地提高其探测精度。     

太阳翼展开锁定最大冲击载荷修正方法

太阳翼展开锁定过程产生的锁定冲击载荷是卫星设计的重要指标,太阳翼设计时一般通过地面试验或仿真对该载荷进行估计。文章提出一种对太阳翼展开锁定过程最大锁定冲击载荷的修正方法。此方法在试验或仿真得出的载荷-时间曲线的基础上,参考模态分析结果或载荷曲线的频率分布情况,按频段分解,调整相位后再进行叠加,得到修正后的可能最大载荷。...     

一种基于并联MZM循环频移环路的多载频信号生成方法

随着卫星通信大容量、跨频段、多业务需求的不断增加，卫星载荷正朝着多频段一体化综合接收处理方向发展。为满足卫星载荷大容量、多信号处理功能，需要同时提供多个载频信号作为参考。采用微波光子技术可根据用户需求生成光频梳作为多载频信号，满足多频段一体化综合接收处理对多本振源的需求。文章首先从现有多载频信号生成方法的局限性出发，确定高质量光载波抑制单边带信号（SSB OCS）结合循环频移的多载频信号生成方法。接着提出基于并联马赫-曾德尔调制器（MZM）的光载波抑制单边带信号生成方法，使得其中两个MZM工作在单边带调制方式，另一个MZM工作在偶数阶抑制方式，结合90度和180度光移，产生具有高边带抑制比的光载波抑制单边带信号。最后在此基础上给出基于并联MZM循环频移的多载频信号生成方法，仿真结果表明所生成的多载频信号载波数目为60以上、边带抑制比为30dB、最大功率起伏为4.4dB，且其中有20个载波的功率起伏在1dB以内。该方法可有效生成高平坦高边带抑制比多载频信号，为卫星载荷的多频段一体化综合接收处理提供相应技术支撑。     

微波辐射计静止轨道遥感试验技术

在地球静止轨道上对大气进行微波遥感探测尚无先例。为验证静止轨道微波探测仪器关键技术,研究高轨微波辐射传输特性并积累遥感数据,研制了微波探测试验载荷,搭载于风云四号A星进行在轨试验。微波探测载荷采用真实孔径圆周扫描体系,配置双频段(183,425 GHz)五通道。载荷在轨试验中,各项指标正常,183GHz频段灵敏度优于0.5K,425GHz灵敏度优于1.9K,性能稳定并超过3个月考核寿命。对微波探测载荷183GHz与极轨载荷先进技术微波辐射计(advanced technology microwave sounder,ATMS)进行亮温交叉比对的结果显示,两者亮温相近,变化趋势一致,验证了探测数据的有效性。载荷还在静止轨道获取了极轨无法探知的3K/h量级亮温变化,并在风云四号A星姿态调整期间完成了静止轨道微波遥感成像。验证了在静止轨道上进行真实孔径体制微波遥感探测的有效性。     

全数字化星载信号处理载荷架构设计

面对商业航天新业态的迅猛发展,围绕高可靠、高效率、高效益的航天发展目标,针对卫星有效载荷的载荷核心——星载信号处理载荷部分,参考美国国家航空航天局的空间无线电通信体制设计思路,以硬件平台化、功能软件化、软件构件化为特征基础,通过对软硬件体系、载荷时频、重构方式、资源共享等多元化的设计,构建了一种灵活、通用、易扩展、需求适应强的全数字化星载信号处理载荷架构。相比于传统星载信号处理载荷,采用该架构设计的星载信号处理载荷可以广泛适应各类星载信号处理的需求,极大地提升有效载荷的信号处理能力及可靠性,降低载荷的研制周期与成本,为未来卫星有效载荷的软件化、网络化、智能化发展提供技术支撑。     

星载微波探测仪探测头部热设计及验证

星载微波探测仪采用主被动一体化探测方法,以提高探测精度和空间分辨率,是土壤水探测卫星的主载荷,探测仪的探测头部主要由主动单机和被动单机等组成,其中主动单机中的发送/接收(T/R)组件数量多、功耗大、阵面布局长达7 m,被动单机中的接收机对温度波动敏感,同时探测头部构型复杂且各散热面外热流环境恶劣。针对探测头部热控难点及要求,开展了包括轨道外热流分析、散热面和传热路径的设计、热管网络布局,关键单机的精细化控温等工作,并结合热平衡试验结果对热设计方案进行了有效验证。仿真及试验结果表明:探测头部的温度水平、关键单机的温度梯度及每轨温度波动均满足要求,其中T/R组件温度梯度控制在≤12℃,被动接收机温度波动控制在±1℃/轨。该设计解决了大功耗T/R组件短时开机导致单机之间温差大、瞬时温升速率快,接收机温度波动大等技术难点,突破了高功率密度T/R组件全阵面热设计关键技术和被动接收机的高稳定度控温关键技术,实现了探测头部在轨全周期高精度、高稳定度热控,可为星载微波探测仪类载荷的热设计提供借鉴。     

一体化微波成像探测技术发展和展望

介绍了微波成像探测技术的发展历程及趋势。阐述了将多种遥感目的和功能集于一体微波成像探测的优势和必要性。通过多频点大口径天馈、高灵敏度多通道接收及高稳定度长寿命转动机构等关键技术的突破,研制了一体化微波成像探测样机。与目前在轨的风云三号(FY-3)卫星微波成像仪相比,最高测量频段提高、细分通道数目增多、探测灵敏度及辐射测量精度提升,实现了大气温度廓线、大气湿度廓线和地表成像的一体化同源观测,在增强数据同化能力的同时提高了卫星的载荷效率,可同时获得全天时、全天候的海面风场,海面温度,海冰分布和雪覆盖,大气温湿度廓线,大气水汽和液态水分布等全球性气象资料。对一体化微波成像探测技术的高分辨率、高频率接收和全极化探测等发展方向进行了展望。     

超窄带滤光片光谱特性测试与修正

超窄带滤光片在闪电探测等领域有重要应用,其带通区域中心波长的准确性、光谱带宽和带外抑制等光谱特性对闪电探测仪的成像性能具有决定性影响,通过测试准确获得超窄带滤光片的光谱特性是闪电探测仪研制过程质量(quality)控制的重要环节。文章分析了使用分光光度计测试超窄带滤光片光谱特性时存在的问题,提出了一种基于平行光路的超窄带滤光片光谱特性检测方法,并对该检测方法中所采用的测试装置进行了介绍,通过仿真试验分析了测试装置以不同带宽进行测试对测试精度的影响,进一步提出了基于逆滤波原理的测试数据修正方法,解决了常规测试方法应用于超窄带滤光片光谱特性测试时存在的信噪比低、角漂误差大、波长定位精度低和带宽修正困难等问题。     

探测大气温度廓线的微波辐射计

介绍了探测大气温度垂直分布廓线的星载微波探测装置，对探测最为有效的５毫米频段的多频点、多通道天线共用，以及Ｋａ频段各辅助探测通道多频点天线共用提出了几种方案设想及比较。讨论了实用微波辐射计的定标和天线旁瓣的修正问题，给出了初步研究结果。     

星箭耦合力学分析中的卫星混合模型研究

为准确预示卫星所承受的载荷和动力学环境,需要卫星研制单位提供卫星动力学模型,进行星箭耦合动力学响应分析。随着“细长型”构型卫星逐步增多,仅以星箭界面载荷进行卫星强度校核会带来较严重的过设计,需要形成一种适应内部界面载荷提取的卫星分析模型生成方法。基于子结构缩聚及装配的基本原理,将卫星合理划分为多个子结构,推导了各子结构缩聚后质量和刚度矩阵的生成方式,介绍了子结构间物理连接单元与各子结构缩聚模型装配的原理以及卫星混合数学模型生成过程。以某典型卫星结构为例进行分析验证,结果表明:卫星混合模型在保留了缩聚模型各项优点基础上,实现了卫星内部界面物理单元的载荷输出。     

海洋卫星AIS载荷设计与验证

为实现全球海洋船舶位置监视,用户在我国海洋系列卫星上配置了船舶自动识别系统（automatic identification system, AIS）。卫星AIS覆盖范围大,面临严重的信号碰撞问题,且AIS工作频段低,易受卫星平台低频干扰影响。用户及卫星总体要求AIS载荷提升对卫星电磁环境适应性以降低卫星AIS频段电磁环境净化代价,同时具备一定近海海域接收能力。在深入分析卫星电磁环境工况及近海AIS信号碰撞工况基础上,提出了AIS载荷阵列天线设计、抗卫星电磁干扰设计、低信噪比解调设计为主的针对性设计,相关设计已经通过海洋二号C卫星在轨验证,对其他卫星AIS载荷设计具有较好的参考意义。     

连接单元干涉测量技术应用于嫦娥二号卫星测轨实验

为了支持月球、火星等探测任务,我国正在组织开展深空干涉测量信号处理中心的建设工作。在嫦娥二号卫星在轨运行期间,利用连接单元干涉测量系统对卫星下行的数传信号进行采集记录,应用自行开发的数据处理软件获得了清晰的干涉条纹,同时时延计算结果与理论轨道具有较高的一致性,精度优于纳秒级。测轨实验验证了数据处理算法的正确性,证明了应用连接单元干涉技术进行卫星测轨的可行性。文章的分析和结论可为后续深入开展深空干涉测量信号处理中心建设提供技术储备。     

Ka频段车载天线跟踪低轨卫星方式影响因素分析

针对Ka频段车载天线捕获、跟踪和接收低轨卫星高速数传数据中存在的捕获慢、跟踪和接收数据不稳定的问题,研究了其产生机理,并提出修正方法。对Ka频段卫星校相流程、校相值可用时长、以及与温度的关系进行了分析,提出了优化校相策略并进行应用。应用结果表明,捕获策略和跟踪方案能够实现快速捕获、稳定跟踪,并能保证数据可靠传输。     

天基海表精细探测微波载荷性能分析与展望

海表精细探测是海洋卫星未来发展的重要方向。介绍卫星海表参数探测的特点与优势，总结海表温度、海表高度、海表盐度等要素，分析天基探测载荷的发展现状。根据海表参数时空变化特性，分析高时空分辨率微波探测载荷性能需求。在此基础上，针对美国和欧洲相关卫星系统发展计划，分析了高时空分辨率、高精度天基微波探测载荷可实现性与未来发展趋势，针对海表精细探测天基微波载荷的发展提出了建议。     

八通道数据采集处理器的设计与实现

文章主要介绍了采用在线可编程CPU单元和16位串行逐次逼近型A/D芯片,实现8通道电压信号的采集存储与处理功能。解决了早期温箱实验设备不能自动采集温度的问题,确保了卫星产品在测试及环境试验中能够获得精确可靠的实验数据。     

FY-4A星GIIRS大气温度廓线反演模拟试验研究

结合全球大气晴空训练样本(CIMSS)数据,利用辐射传输模式,模拟获得干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)亮温资料,结合人工神经网络反演方法,研究了风云四号(FY-4)卫星高光谱红外载荷大气温度反演方法,并研制了全圆盘和中国区域两套大气温度反演模型。反演试验结果表明:对流层大气温度反演精度明显高于平流层,以中国区域反演模型为例,对流层和平流层大气温度反演均方根误差(RMSE)分别为0.846,2.020K,平均误差分别为-0.003,0.024K;比较中国区域和全圆盘大气温度廓线反演精度,中国区域大气温度精度明显高于全圆盘,0~70km处大气温度反演的均方根误差分别为1.922,2.630K;与欧洲极轨卫星(Metop-A)IASI数据的温度廓线反演结果比较,FY-4A星GIIRS的温度反演精度在低层(500hPa)(RMSE=0.790 K)优于IASI(RMSE=0.976K),在高层(500hPa)(RMSE=1.803K)低于IASI(RMSE=0.899K)。研究对FY-4卫星GIIRS的大气温度廓线反演及其应用有重要的参考价值。     

静止轨道实孔径微波载荷卫星构型方案研究

静止轨道实孔径微波载荷可实现全天时、全天候、高频次云雨大气观测，是台风、流域性强降水等致灾天气预报的重要手段。由于技术难度和研制经费等原因，世界上尚无在轨应用的先例。针对实孔径微波载荷系统集成度高、机械尺寸和跨距大，以及静止轨道卫星需要携带大容量燃料贮箱的问题，从准光学系统内嵌卫星平台、三贮箱平铺和天线统筹布局等3个总体系统层面，提出实孔径微波载荷与平台一体化构型，并研制了卫星结构星和载荷工程样机。通过地面试验验证了该构型方案，为静止轨道微波探测卫星研制打下了坚实的基础，也可为后续卫星提供借鉴。     

定量遥感有效载荷配置方法与发展

针对定量遥感这一广泛应用于气象、海洋与环境等领域卫星的遥感技术，分析了各个领域的应用需求。为了解决如何根据定量遥感的应用需求，快速配置有效载荷，并合理设置有效载荷的探测谱段(频段)这一制约卫星发展的关键问题。提出了从探测目标着手的方法，首先，分析满足探测要素所需的谱段设置、指标要求和有效载荷配置类型，得出了有效配置载荷的方法和思路;其次，以全球云探测为例，验证本方法的合理性;最后，分析定量遥感有效载荷的发展重点和发展方向，为气象、海洋与环境领域等定量遥感卫星的长期发展提供技术支撑。     

基于深度学习的毫米波和亚毫米波成像仪的图像增强技术

风云四号卫星毫米波和亚毫米波成像仪(MMSI)数据根据采样方式分为过采样和非过采样数据。由于采样方式的影响,非过采样数据在采样过程中会有一定的信息损失。为解决采用简单的线性插值方法做精细化处理时提升精度有限问题,采用基于深度学习的方法增强MMSI亮温图像,设计卷积神经网络重建风云四号卫星MMSI的亮温图像和风云三号卫星微波成像仪亮温图像。实验结果显示:相比传统的双三次插值方法,在风云三号卫星微波成像仪亮温图像样本上峰值信噪比提升了1.13dB,结构相似度提升了0.01。实验结果表明:对于非过采样亮温数据,采用基于深度学习的方法增强图像具有更高的精度,同时可在其他微波探测仪数据中使用,具有很强的普适性。     

固体推进剂羽焰红外辐射强度测试技术

针对低特征信号推进剂研究的需要,研制了羽焰红外辐射测试系统,并进行了几种配方的推进剂羽焰红外辐射强度测试。该系统主要包括探测单元、光路系统、信号处理单元和自校准黑体等,测试精度优于4％,使用性能良好,能准确表征推进剂红外辐射的水平。