微振动对高分辨率空间相机成像影响的集成分析

文章应用集成建模思想对某型高分辨率空间相机进行了微振动影响的结构-光学集成分析。首先分别建立了该空间相机的微振动载荷模型、结构有限元模型和光学系统模型。然后对微振动载荷作用下的结构有限元模型进行动力学分析,获得空间相机各光学元件的响应位移,并输入到Code V光学模型中做光学系统仿真分析,得出MTF下降和像移情况。通过结果数据的对比分析表明,空间相机对沿坐标轴平动和转动的6种微振动载荷具有不同的响应敏感性,为改进设计、隔振抑振提供了参考。     

动量轮微振动扰振频谱对三反同轴相机的影响

随着遥感卫星分辨率的不断提高,动量轮扰振对遥感成像的影响逐渐成为卫星总体设计时需要关注的问题。目前对动量轮微振动的研究多侧重于时域分析,经常把卫星平台和载荷分立开来单独研究。鉴于平台和相机之间具有耦合作用,分立研究会带来较大误差。动量轮的输出响应并不是一个单一频率的时域信号,不同频谱对相机的影响不同,频谱分析往往更能反映问题。文章联合卫星平台和相机进行整星建模,分析了微振动扰振从动量轮处传递到相机光学元件的频谱特征,得到动量轮扰振不同频谱对相机造成的具体影响。分析结果显示,低于相机基频的动量轮扰振频谱造成相机光轴晃动,相机特征频率区间的扰振频谱不仅会放大光轴晃动,还会造成相机内部的光学元件光轴不一致。最后文章定量计算比较了这两种影响带来的MTF下降。     

一种影响空间相机成像的制冷机微振动分析方法

针对空间制冷机微振动对光学遥感器成像质量难以准确评估的问题,提出一种制冷机-空间相机的集成建模分析与试验验证方法。该方法建立了系统的集成分析模型,实现了微振源-相机结构传递-光路模型的分析过程。首先,利用一种制冷机的刚性安装测试和自由悬吊测试获取制冷机的扰动载荷。然后,采用一种力过滤方法改进传统的扰动分析过程。最后,通过集成有限元分析计算光学系统调制传递函数,得出制冷机微振动对空间相机成像的影响。分析结果表明,这种方法能更精确辨识制冷机微振动及其传递特性,从而能准确分析空间相机光学载荷的稳定性。     

卫星振动对成像质量影响的仿真分析

分析了在空间环境条件下摄影时，不同振动模型对卫星上推扫型CCD相机成像质量的影响结果。重点分析了三个方向的振动对相机成像质量的影响。对为了验证仿真分析的结果，建立了一套地面仿真系统。它能模拟产生各种频率和不同量级振幅，具有采集和处理相机图象数据的能力。系统用图像调制传递函数MTF作为系统评价指标。经过分析、计算和试验，证明所推出的公式和建立的物理仿真系统可以用于航天光学遥感器的成像质量预估和评价，并可用于对其它遥感器的分析。     

基于小波包分析的空间相机光机结构损伤仿真分析

空间相机在发射的主动段需要经历振动、冲击等严酷的综合力学环境作用,这些环境因素对其结构稳定性和可靠性有着重要影响,因此在其发射之前需要进行严格的振动试验以保证其结构的稳定性和可靠性。随着光学遥感相机轻量化和分辨率的不断提高,依靠遥感相机振动试验的频漂评价方法已无法快速确定结构损伤位置,文章探索采用频率响应分析和小波包分析相结合的方法快速识别遥感相机光机结构损伤。首先采用有限元分析软件完成某型号经典三反同轴空间相机的建模,然后模拟了该相机在损伤工况下的振动情况,再通过Matlab软件对仿真分析数据进行处理。通过数据仿真验证采用小波包分析方法进行故障识别分析的可行性,为后续振动试验中的损伤分析和定位提供了参考。     

高分辨率卫星结构-控制-光学一体化建模与微振动响应分析

文章针对高分辨率遥感卫星的微振动分析,给出了一种结构-控制-光学一体化建模方法:将微振动干扰源模型、整星结构模型、控制系统模型和光学系统模型按照实际的物理联系连接为一个整体,进而预测空间相机在轨微振动的像移响应和干扰源到像移的传递特性。以某遥感卫星为例,将其微振动下的像移响应和传递特性与工程中的其他处理方法的计算结果进行了对比分析。研究结果表明:一体化建模分析方法从原理上更接近卫星在轨实际工作情况,能够给出较为合理的微振动分析结果;其他工程处理方法的分析结果均与一体化建模分析方法有差异,使用时应根据设计和分析的具体目的与条件恰当选择。     

空间机械制冷机微振动研究

机械制冷机广泛应用于空间红外遥感器中,由于其中存在运动部件,因此工作过程中不可避免地会产生振动,是卫星在轨状态下影响光学遥感器成像品质的重要振动源之一。文章对空间机械制冷机的微振动问题进行了研究,建立了线性驱动对称布置压缩机以及斯特林膨胀机的力学简化模型;分析了2个对置活塞的质量、阻尼、刚度偏差与压缩机整体的振动输出之间的关系,仿真分析结果表明,压缩机整体的振动输出对阻尼的偏差最为敏感;对3种常用制冷机微振动测量方法进行了介绍,对比了3种方法的优缺点,指出扰振力的测试方法对于空间遥感器领域较为适用。     

快速傅里叶变换对刃边法测量遥感相机MTF的影响

调制传递函数(MTF)是反映航天光学遥感器成像性能的重要参数。刃边法是测试MTF一种简单有效的途径,快速傅里叶变换因计算量小在刃边法中得到了广泛应用。由于线扩展函数在空间域是无限连续的信号,而快速傅里叶变换处理的有限长离散序列,对线扩展函数应用快速傅里叶变换时需先对其截断、采样;截断引起频谱泄露,采样造成频谱混叠,泄露与混叠双重效应将导致最终MTF的测量误差。文章基于采样理论,定量分析了线扩展函数截断区间和采样间隔对奈奎斯特频率处MTF的影响。针对不同应用和误差要求,给出了合理的采样间隔、截断区间要求,规范了快速傅里叶变换在刃边法测量光学遥感相机MTF中的应用。     

高分辨率敏捷卫星颤振对成像的影响分析方法

高分辨率敏捷卫星在轨姿态机动成像过程中,姿态控制执行机构的控制力矩陀螺（Control Moment Gyro, CMG）在正常工作时会产生附加的扰动力和扰动力矩,经振动传递,造成相机内部敏感光学元件之间的相对运动,从而对图像品质造成影响。为了研究 CMG 颤振对高分辨率敏捷卫星成像的影响,文章采用集成建模分析方法,构建包括扰动、结构、控制、光学在内的颤振集成模型。以某型号空间相机为研究对象,对此相机的动力学特性和光学系统敏感度进行了分析,得到相机敏感光学元件的振动响应,以及颤振在相机焦面产生的像移,研究了CMG颤振对高分辨率敏捷卫星成像的影响分析方法,可为其他类型颤振的影响分析提供参考。     

基于真空试验的热光学集成分析方法

为了能够有效利用空间光学遥感器(空间相机)真空环境下的试验结果开展相机温度场对光学系统性能影响规律的定量研究,文章在典型热光学集成分析流程的基础上,提出一种基于空间相机真空试验(含热平衡试验和热平衡条件下成像试验)的热光学集成分析方法。通过对关键技术环节的详细描述,论述了实现基于真空试验的光-机-热耦合仿真分析的技术途径。基于真空成像试验的热光学集成分析方法能够有效地将热光学的分析与真空试验数据相结合,获取最为接近相机实际状态的热光学分析模型及方法,从而指导空间相机的光、机、热方案设计及优化。     

某遥感卫星微振动对成像质量影响分析

微振动对成像质量影响问题成为制约某型号任务成败的关键因素。为预示微振动对成像质量的影响,首先对微振动源进行分析,然后针对性建立微振动传递路径数学模型,包括结构传递和姿控回路补偿,再根据光学系统设计建立光学元件运动与视轴晃动关系的数学模型,最后进行微振动对相机视轴影响的仿真分析。同时,为演示微振动对成像质量的影响,进行了图像质量仿真。分析结果表明,CMG的微振动对成像质量的影响无法忽略,需采取必要的控制措施。     

环境减灾二号A/B卫星红外相机摆扫行周期设计及影响分析

针对环境减灾二号A/B卫星宽幅摆扫式光学遥感相机的行周期设计,文章建立了结合卫星轨道数据和相机设计指标的搭接率计算模型,并经环境减灾二号A/B卫星上的红外相机设计指标进行了仿真分析,同时结合卫星红外相机在轨获取的图像数据质量进行了统计,对模型的影响进行了分析和验证。结果表明：提出的搭接率仿真模型得到的结果与卫星在轨实测结果一致性良好,且卫星红外相机在轨获取图像的搭接率指标正常,可以满足后续处理和用户使用要求。该模型可以有效用于扫描式光学遥感相机指标设计中,分析结果也可为后续相关航天遥感相机设计提供参考。     

光学遥感器进光口模拟外热流的均匀性分析

光学遥感卫星在轨运行过程中,受到空间外热流影响很大,尤其是遮光罩进光口的外热流将对遥感器性能产生直接影响。合理的热控设计是遥感器设计中至关重要的工作。光学遥感器的空间热环境模拟试验是验证相机热控方案的最重要途径,需要做到对空间外热流的准确模拟。其中对遮光罩进光口外热流的模拟是试验的一项重要技术指标。考虑到对相机成像的影响以及外热流模拟的准确性,目前试验都采用筒状红外加热笼。红外笼对其遮光罩进光口投入热流的大小和均匀性直接决定了试验的真实性和可靠性。筒式红外笼分为圆柱形和锥形两种,所模拟外热流的均匀性跟其结构密切相关。文章运用ANSYS软件进行仿真计算,深入分析了筒式红外笼的结构对遮光罩进光口外热流均匀性的影响,并总结出了红外笼结构与模拟外热流均匀性之间的关系。为相关试验的红外笼设计以及外热流模拟,提供了参考。     

航天光学遥感器MTF测试技术研究

调制传递函数(MTF)是航天光学遥感器重要的性能指标之一,MTF的测试是航天光学遥感器研制以及在轨运行性能监测的重要方面。文章对航天光学遥感器MTF测试方法进行理论分析,比较各种测试方法存在的优缺点。     

“资源一号”02E星红外相机探测器成像验证方法研究

"资源一号"02E卫星配置的红外相机采用红外探测器组件,其阵列的规模达到了8000像元。该红外探测器技术难度大,实施工艺复杂,需要突破超长线列芯片微组装技术、高性能长波材料及器件制备技术等一系列关键技术。"资源一号"02E星不具备投产验证产品进行验证的条件,因此采用一步正样的研制模式。对研制风险较大的红外相机来说,需要在方案阶段利用现有的光学系统构建实验装置,对探测器噪声等效温差、MTF等重要性能指标进行等效验证,早期发现红外探测器的不足,提升相机的定量化成像水平。文章在"委内瑞拉遥感二号"(简称"委遥二号")卫星光学系统的基础上,对该系统与02E星红外相机的差异进行了比对分析,提出了实验参数的优化更改方案。构建了以"委遥二号"相机光学系统与02E星红外探测器组成的实验验证系统,对噪声等效温差和MTF等关键指标进行了实验验证。实验表明,文章提出的实验方法具有较好的测试等效性和精度,可以用于红外探测器在方案阶段的早期指标测试验证。     

红外笼模拟外热流方法对空间相机温度的影响分析

空间相机的热平衡试验中,一般采用红外笼—热流计的闭环控制系统来模拟相机进光口处的外热流。为研究该种热流模拟方法对相机温度场的影响,建立了简化的模型进行分析。分析结果表明,红外热流模拟对相机温度场的影响体现在相机整体温度水平和光学件温度均匀性两个方面。对于有精密控温要求的空间相机来说,这一影响产生的误差是必须考虑的。     

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。     

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。     

航天光学遥感器MTF测试技术研究

调制传递函数（MTF）是航天光学遥感器重要的性能指标之一，MTF的测试是航天光学遥感器研制以及在轨运行性能监测的重要方面。文章对航天光学遥感器MTF测试方法进行理论分析，比较各种测试方法存在的优缺点。     

基于刃边法的航天光学遥感器在轨MTF测试研究

调制传递函数（MTF,Modulation Transfer Function）在轨测试是监测航天光学遥感器在轨运行性能的重要指标。准确把握遥感成像系统MTF在运行过程中的变化,关系到遥感数据资源的合理及有效利用。文章对刃边法测试MTF的原理及仿真算法进行了阐述,重点对刃边倾角、辐射定标和刃边图像的对比度对MTF测试精度的影响进行了仿真分析。