北京三号A/B卫星供配电分系统设计

北京三号A/B卫星供配电分系统为满足卫星敏捷机动及高功率的特点与需求,将传统电源控制器与配电器合为1台电源调控器单机(PCDU)。它采用42.0 V半调节母线拓扑结构,选用容量衰降速度更低、寿命循环性能更好的高比能量镍钴铝(NCA)锂离子蓄电池单体,以及平均效率不低于32%的太阳电池片,大大减小了质量。此外,任务规划软件中还加入了卫星电源系统仿真计算模型,为规划任务的可行性提供决策依据。供配电分系统在轨运行稳定,在轨数据与仿真计算模型运行结果相符,其设计可为类似功率等级的卫星提供参考。     

北京三号A/B卫星星务分系统信息处理技术

介绍了北京三号A/B卫星星务分系统的信息处理技术。星务分系统提高测温精度,优化控温算法,利用比例-积分-微分(PID)控制系统,实现对卫星关键部件的高精度控温功能;设计专用的协处理器,实现星上完全自主任务规划,用户只需要挑选期望观测的目标,星上自主任务规划软件就能根据目标信息完成所有观测任务的编排。借助星上全球导航卫星系统(GNSS)接收机,设计高精度时间管理系统,使得任意时刻卫星的时间同步精度优于0.1 ms,保证卫星姿态机动时的成像精度。同时,给出了综合电子技术、软件构件库和数字卫星技术在卫星上的应用情况,可为后续卫星星务分系统的研制提供参考。     

北京三号A/B卫星星地一体协同任务规划设计及实现

自主任务规划技术能够充分发挥卫星在轨使用效能,提高卫星紧急任务响应能力,大幅减少对地面测控的依赖,支持多星自主协同配合执行任务。北京三号A/B卫星具备完全星上自主规划能力,包括星上自主任务规划、地面规划及星地协同规划等多种任务模式,同时具备任务数据校验、保存、恢复、删除、插入应急任务等功能。地面规划系统根据需求进行任务筛选、核对和规划,确保任务满足要求;星上利用专用处理器实现规划运算、指令编排和任务保存与执行。星地一体协同任务规划设计实现了地面和星上规划的一致性,既保证了任务的准确性和灵活性,又减少了卫星对地面测控的需求。     

北京三号B卫星构型布局设计与优化

北京三号A/B卫星是国内首次采用三超平台技术,具有超高精度、超稳定、超敏捷成像能力的新一代敏捷遥感卫星。文章以北京三号B卫星为例,结合其任务特点,对构型布局进行了设计与优化,开展了载荷、平台、指向隔振机构的一体化设计,并完成了平台解耦的设计分析,提出了适配三超平台的新一代敏捷遥感卫星构型。经北京三号B卫星在轨飞行验证：卫星构型设计合理可靠,满足任务需求,可为后续装备三超平台的同类卫星构型布局设计提供参考。     

北京三号A/B卫星沿斜条带成像姿态机动规划方法

针对沿着与星下点轨迹成一定夹角的条带成像姿态机动问题,提出沿斜条带成像的3轴姿态机动规划方法。建立斜条带的几何模型,提出摄影点沿斜条带以恒定地速滑动的规划方法,建立带偏航补偿的成像姿态机动模型,并推导得出3轴姿态及姿态跟踪角速度的计算公式。该方法在北京三号A/B卫星上进行了应用验证,卫星成像能力得到大幅提升,在轨成像质量良好。沿斜条带机动中成像模式成为北京三号A/B卫星常规任务运行模式,可为遥感卫星开展新的业务应用提供参考。     

北京三号B卫星相机光学系统波前探测技术

介绍了一种波前探测技术在北京三号B卫星相机光学系统地面高精度测试中的应用,通过计算传感器接收到的相位差异信息进行波前反演,可以获得稳定且精度较高的波前信息。相位差异(PD)法是其中一种波前探测技术,在北京三号B卫星项目中进行了初步尝试,文章对其进行了介绍、分析和评估,该方法具有较好的稳定性和可靠性,并有潜在的应用前景。研究结果解决了现有国外商业测量软件对复杂结构的相机光学系统波前测量计算不足的问题,具有较高的工程应用价值。     

北京三号B卫星海量数据传输处理系统设计与实现

海量数据传输与处理技术是高分辨率遥感卫星系统的关键技术,北京三号B卫星作为高分辨率光学遥感卫星其图像传输速率高达几十吉比特每秒,因此设计了一种基于万兆网接口与高速串行收发器GTX/GTH接口的数据传输与处理系统。该系统使用万兆网接口接收前端相机载荷数据,使用GTX/GTH接口实现产品内数据互联,并基于超大规模现场可编程门阵列(FPGA)作为核心处理芯片实现海量数据路由分发、编解码和处理。测试结果表明：可实现36.04 Gbit/s数据接收和60 Gbit/s数据传输处理能力,并具有可靠性高、系统延时小、通用性强的优点。与传统数传方案相比,系统数据处理能力提高了一倍以上,且显著降低了硬件成本。     

北京三号B卫星数据处理与传输分系统设计与验证

针对北京三号B卫星高速数据和在轨智能处理需求,设计数据处理与传输分系统。提出标准化、智能化、模块化的设计思路,开发路由、高速存储、通用处理、电源等标准单元的智能处理器,实现数传产品对数据流向灵活可控、功能高集成、在轨可重构的需求。配置高性能FPGA和智能计算芯片,系统实时图像压缩、处理速度达到20 Gbit/s。采用云检测、辐射校正、目标识别、目标提取、目标定位等星上数据智能处理技术,可为在轨图像智能处理建立指标体系提供参考。数据处理与传输分系统通过在轨验证,测试结果满足用户需求。     

北京三号B卫星相机在轨自动调焦方法

提出利用面阵凝视成像的方式通过在轨成像电路与综合电子控制单元协同配合完成相机在轨自动调焦的方法。对比自动调焦方法中常用的平均灰度梯度法、点锐度法、平均边缘强度法和平均边缘宽度法4种图像清晰度评价算法,并结合实际应用进行仿真,最终确定基于均值作为阈值的平均灰度梯度法。平均灰度梯度法在连续帧成像的前提下具备较好的单峰性,对运算的资源需求适中,并且具备很高的可靠性。文章提出的在轨自动调焦方法在北京三号B相机中实现应用,在无云的地物丰富场景下能有效完成范围内搜索最佳焦面的工作,可为其他遥感相机的自动调焦提供参考。     

环境减灾二号A/B卫星风险管理实践

针对环境减灾二号A/B卫星项目载荷种类多、技术新、研制难度大等特点,分析了项目风险管理的难点,在以往航天器项目风险管理规范、经验的基础上,采用重要风险源识别方法,研究了相关高风险项目的成因,制定相应的管控措施,将技术风险、质量风险、进度风险的管理有机结合,把风险控制到了可接受程度,确保了项目的顺利实施,可为其他航天器项目风险管理提供参考。     

环境减灾二号A/B卫星应急管理应用系统设计

环境减灾二号A/B卫星搭载可见光-近红外多光谱、高光谱、红外、大气校正仪等载荷,具备多要素、大幅宽、高重访监测优势,可为新时代应急管理提供重要的监测数据。文章从环境减灾二号A/B卫星应用需求出发,开展卫星应用系统的架构设计,探讨了应用模式。卫星应用系统建设的关键是如何围绕复杂多变灾害场景,将环境减灾二号A/B卫星优势充分发挥,实现面向多灾种灾害全流程的卫星遥感信息产品制作。文章的相关内容可为相关应用系统建设和卫星应用提供参考。     

环境减灾二号A/B卫星系统设计与技术创新

环境减灾二号A/B卫星是国家民用空间基础设施中首批启动的业务卫星,星上配置有16 m相机、高光谱成像仪、红外相机和大气校正仪4种光学载荷,具备可见光、高光谱和红外对地成像能力,以及在轨大气同步探测功能。两颗卫星均采用CAST2000公用平台,设计寿命5年,单星质量1065 kg,运行于标称轨道高度为645 km的太阳同步回归轨道。两星在轨组网运行,可实现16 m相机和红外相机2天对全球南北纬80°以内地区全覆盖观测。文章概述了环境减灾二号A/B卫星的主要技术方案,总结了载荷设计新技术、多载荷匹配设计、多样化定标、视觉监测,以及轨道冻结等技术创新点,并介绍了在轨测试和典型应用情况,可为我国后续环境减灾监测遥感卫星系列发展提供参考。     

利用环境减灾二号A/B卫星红外相机数据监测沙尘暴

针对国产卫星数据在沙尘监测领域应用较少的情况,基于环境减灾二号A/B(HJ-2A/B)卫星搭载的红外相机(IRS)探测数据构建沙尘监测算法。在分析IRS分辨不同沙尘天气场景能力基础上,与中等分辨率成像光谱仪(MODIS)监测结果对比,分析了不同时间尺度下的沙尘遥感监测能力,并讨论了IRS的不足之处。结果表明：环境减灾二号A/B卫星数据质量整体较好,影像可以清晰地呈现陆地、云和沙尘等主要场景的整体轮廓及纹理,有利于准确提取沙尘天气;与MODIS监测沙尘结果相比,IRS的准确率和召回率分别为81%和与57.6%,其时空分布规律基本一致,IRS具备一定的沙尘监测能力;同时,IRS存在数据噪声、定标精度等问题。此研究对国产卫星在大气环境遥感业务中的大力发展应用有参考意义。     

环境减灾二号A/B卫星在地震次生地质灾害识别中的应用

以2014年鲁甸地震重灾区为研究区,通过目视解译方法对研究区内的滑坡体进行识别,采用定性评价与定量评价、基础评价与应用评价相结合的方法,对环境减灾二号A/B卫星及高分一号、六号卫星对滑坡的识别能力进行对比分析。结果表明：环境减灾二号A/B卫星可识别出地震后全部大型滑坡、部分中型滑坡和个别小型滑坡。与相同分辨率的高分一号卫星影像相比,环境减灾二号A/B卫星具有相当的滑坡识别能力,并且具有幅宽较大的优势,对于快速识别大型滑坡等地质灾害和确定极灾区范围,具有较好的应用前景。     

北京三号A卫星自主任务规划地影快速预报方法

星上自主任务规划是北京三号A卫星的一项创新性技术,显著提升了卫星的好用、易用性和智能化水平。为了满足自主任务规划的高实时性要求,文章提出了一种卫星进/出地影时刻的快速预报方法。首先,基于太阳-地球-卫星的相对位置关系,建立了每个轨道圈内卫星进/出地影时刻的解析估算模型和进/出地影时刻卫星满足的非线性方程;然后,基于获得的进/出地影时刻的估计值,使用对分法迭代求解非线性方程,获得进影和出影时刻的精确结果。仿真结果表明：在星载处理器上使用该方法预报一天的地影时间耗时约1.1 s,计算速度比现有星上预报算法提升了约100倍,具有较高工程应用价值。     

环境减灾二号A/B卫星在生态保护红线区植被覆盖信息提取中的应用

选择北京百花山国家级自然保护区作为典型试验区,以我国高分一号(GF-1)卫星数据提取结果作为参考,开展环境减灾二号A/B(HJ-2A/B)卫星数据在生态保护红线区植被覆盖遥感信息提取中的应用分析。试验结果表明：基于HJ-2A/B卫星16 m多光谱遥感数据对地表植被覆盖度进行估算得到的结果精度、分级统计面积与参照数据估算的结果一致性较好,而且空间分布趋势与参照数据结果也大致吻合,能够满足生态保护红线区植被覆盖信息提取业务需求。下一步可深入挖掘环境减灾二号A/B卫星的应用潜力,通过与高分一号、高分六号卫星进行协同观测,提升防灾减灾、环境保护等业务的能力,更好地服务于国土资源、水利、农业、林业、地震等行业。     

环境减灾二号A/B卫星在洪涝灾害农作物恢复动态监测中的应用

以受洪涝灾害影响的安徽省合肥市庐江县北部为研究区,综合利用2019—2021年环境减灾二号A、高分一号、高分六号等卫星多时相遥感数据源,通过建立不同类型的遥感波段指数,对洪涝灾害受灾范围和受灾范围内的农作物恢复情况开展动态评估。研究结果表明：基于归一化水体指数提取淹没范围的总体精度为92.6%,多时相归一化植被指数能够反映农作物的动态恢复情况。环境减灾二号A/B卫星能够以其幅宽大、时效性强的优势对受洪涝灾害影响的农作物恢复开展动态监测。     

环境减灾二号A/B卫星在森林树种识别中的应用

采用环境减灾二号A/B卫星数据,在福建武夷山国家公园和东北虎豹国家公园2个试验区开展森林树种识别的应用研究。分别提取2个试验区影像的光谱特征、归一化植被指数(NDVI)和基于主成分第一分量的8个纹理特征信息,采用支持向量机(SVM)和原型网络分类对森林主要树种进行识别,并利用验证样本进行精度评价。结果表明：在福建武夷山国家公园试验区,SVM和原型网络分类的总精度分别为86.37%和91.11%,Kappa系数分别为0.83和0.90。在东北虎豹国家公园试验区,SVM和原型网络分类的总精度分别为91.77%和91.34%,Kappa系数均为0.90。总体来说,环境减灾二号A/B卫星数据在2个试验区的主要树种识别精度较好,后续能较好地满足林业行业相关业务应用需求。     

环境减灾二号A/B卫星成像模式设计与效能评价

针对环境减灾二号A/B卫星有效载荷类型多、数据量大、各载荷成像约束不同等特点,根据多用户对图像质量、数据需求量、获取时效性的应用需求,设计了环境减灾二号A/B卫星常规成像模式、应急成像模式、特殊成像模式等各类成像模式,并进行了说明。在轨测试结果表明：环境减灾二号A/B卫星成像模式设计正确、合理。经卫星成像效能分析,两颗卫星两天时间内可对全国陆地区域进行覆盖性观测,并可对全球南北纬80°内任一目标进行观测。此文可为后续光学遥感卫星成像模式设计提供参考。