高分七号卫星数据处理与传输分系统设计与验证

针对高分七号卫星高速数据和快速下传需求,设计了数据处理与传输分系统。该分系统突破压缩码率自适应控制、多模式矢量调制、可变编码调制、分布式上行程序文件管理、大容量存储管理等多项关键技术,在轨实现了11 Gbit/s图像处理、双通道2×1.2 Gbit/s传输。分系统设计提升了图像压缩质量,增强了数据下传能力,提高了高分七号卫星的应用效能,可应用于后续高分辨率遥感卫星。     

高分七号卫星产品保证工作探索与实践

分析了高分七号(GF-7)卫星系统技术指标高、产品技术状态新、设计难度大等任务特点对产品保证工作的需求,总结了卫星依托中国航天逐渐完善的产品保证体系,在新型载荷设计、平台新产品开发、成熟产品适应性完善、外协单位设计能力差异控制、产品设计质量实现等方面开展的产品保证工作措施,为后续卫星在相关质量体系文件的执行工作提供了参考。     

高分七号卫星激光测高仪分系统关键技术设计与实现

针对1∶10 000比例尺立体测绘对高程控制点的需求,高分七号激光测高仪分系统在传统激光脉冲式距离测量技术的基础上,通过可见光光学被动成像与激光接收光学复合设计方案,同时获取激光足印在地物影像上的二维方位信息和大足印内的多回波波形,并对激光指向在轨监测关键技术进行了设计实现。关键技术仿真及试验结果表明:激光足印平面定位精度可达到5μrad,对强度变化33 dB内的回波测距均值最大变化3.3 cm。在轨监测数据表明:激光发射光轴稳定性优于0.5μrad,无云区域回波探测概率达到100%。测量获取的具备5μrad平面精度、1 m高程精度的激光落点可为1∶10 000比例尺测绘提供高质量的控制点信息。     

高分七号卫星载荷任务管理中的解耦设计

针对卫星不同工作模式间存在相互耦合和约束的问题,文章梳理了各工作模式间的耦合因素,并针对这些因素提出了卫星典型工作模式间的解耦设计方法。经高分七号(GF-7)卫星在轨验证,结果表明:该方法可有效解决观测记录和数据回放两种典型工作模式之间的相互影响问题,可为同类型低轨遥感卫星的工作模式设计提供参考。     

高分七号卫星控制力矩陀螺隔振装置设计

高分七号卫星是我国首颗亚米级高分辨率立体测绘卫星,为保证高分辨率光学遥感载荷定位精度要求,采用了隔振装置抑制控制力矩陀螺(CMG)在轨正常工作过程中产生的微振动干扰。文章建立了CMG隔振系统的动力学解析模型,提出了多频率约束下隔振装置的优化设计方法。基于高分七号CMG扰振频率和整星结构频率分布分析,对CMG隔振装置进行了优化设计,进而开展了系统模态仿真分析以及系统固有频率测试和整星隔振试验。仿真分析和试验结果表明:CMG隔振装置前三阶固有频率设计值与试验测试值误差不大于4 Hz,且CMG隔振装置在CMG主要扰动主方向具有94%以上的隔振效果。研究结果可为高分辨率遥感卫星隔振装置的优化设计和分析验证提供理论参考。     

高分七号卫星激光测高仪激光器设计

高分七号(GF-7)卫星激光测高仪激光器是一台输出能量较大、光束质量要求又高的激光器。为了实现这样的技术要求,采用被动调Q的振荡级+两级板条放大器(MOPA)的技术路线,以激光二极管(LD)侧面泵浦的被动调Q之字形薄板条激光器作为振荡级,以实现近衍射极限的种子光输出,再通过两级之字形板条放大器,使最终输出的大能量激光束能够保持较好的光束质量,满足测高仪小足印光斑的要求。设计的振荡级采用双玻罗(Porro)镜谐振腔,实现输出能量2 mJ、光束质量因子(M~2)1.3、脉冲宽度3 ns。经过两级板条放大器后,输出光束M~2为1.5～1.8,单脉冲能量达到180 mJ,脉冲宽度为4～5 ns,证明激光器设计合理,可以作为对地观测类激光测高仪激光器的设计参考。     

高分七号卫星控制分系统设计及在轨验证

针对高分七号(GF-7)卫星控制分系统高精度姿态确定、姿态控制和快速机动的需求,文章采用星敏感器相对基准标定,将甚高精度星敏感器与前后视相机进行一体化安装的布局方式,并采用了数传天线轨迹平滑和干扰力矩补偿算法控制天线,采用高刚度高稳定度太阳翼驱动机构(SADA)控制太阳翼,从而实现了卫星的高精度姿态确定和高稳定度姿态控制。经在轨验证,结果表明:姿态稳定度小于0.000 06(°)/s,优于姿态控制分系统的指标要求,可为遥感卫星姿态控制分系统设计提供参考。     

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。     

高分七号卫星激光测高仪热设计及验证

针对高分七号(GF-7)卫星激光测高仪的热设计任务需求,采用被动热控和基于环路热管的毛细泵驱流体回路技术,解决了光机结构高精度控温以及后光路组件热量收集、传输和排散的难题。在轨飞行数据表明:激光测高仪热控系统为光机系统成像和激光器工作提供了良好的温度条件;基于环路热管的毛细泵驱流体回路,实现了头部电子设备、4台激光器、后光路电子设备等多点热源热量收集、传输以及高精度控温。     

高分七号卫星GPS接收系统多层级健壮设计方案与验证

高分七号卫星GPS接收系统作为整星高精度立体测绘目标实现的重要手段之一,具有为整星提供高精度时统、辅助有效载荷指标实现、协助高速数据传输天线准确指向及实现高精度事后精密定轨的功能。针对其稳定运行和持续服务的要求,基于故障预测与健康管理(PHM)技术,提出了GPS接收系统多层级健壮设计方案,从单机/分系统级、整星级和星地级为GPS接收系统在轨健壮运行提供支撑,通过层级内部形成独立PHM系统实现自主、直接的健壮运行管理,同时借助低层级向高层级的状态信息传递实现全面、及时的故障补充处置和故障隔离。高分七号卫星在轨运行结果表明:该多层级健壮设计降低了故障处置对接收系统功能实现的影响,保障了GPS接收系统在轨提供服务的连续性。     

北京三号A/B卫星高精度影像优化压缩编码技术

针对北京三号A/B卫星载荷特点、工作模式、功能要求,文章设计了一种采用无损或近无损图像压缩标准(JPEG-LS)的图像压缩算法,基于现场可编程门阵列(FPGA)的多路并行联合工作图像压缩系统,使得对超高分辨率、高输入数据率的光学遥感影像可以进行实时无损或近无损压缩。该系统采用一种灵活的图像缓存机制,不需要片外存储器来缓存图像,节约了硬件成本,单片FPGA处理能力高达8 Gbit/s;采用一种先进的码率控制算法,优化失真量化参数调整策略,多路并行压缩核参数统一更新,使得快速逼近目标码率,恢复影像的整体质量更加均匀平滑,峰值信噪比(PSNR)值相比传统算法提升了0.2 dB以上。     

高分七号卫星双线阵相机关键技术设计

光、机、热稳定性直接影响高分辨率、大比例尺测绘相机内外方位元素的稳定性,进而影响卫星地面定位精度和高程精度。文章介绍了高分七号1∶1万立体测绘卫星的主要载荷——双线阵立体测绘相机,为实现高稳定性在光学、结构、热控等方面采用的设计手段,通过真实温度场的光、机、热联合仿真分析方法,结合在轨测试结果,证明该相机设计能够满足1∶1万比例尺高分辨率测绘所需的内、外方位元素稳定性要求。     

高分七号卫星双线阵立体测绘相机热设计与验证

根据高分七号卫星双线阵立体测绘相机所处空间环境和结构特点,开展热设计和仿真分析。采用被动隔热方式降低相机与平台、环境之间的热耦合;主动热控措施进行温差补偿,使相机的温度水平保持在热控指标范围之内,并保证周向和径向温差满足设计要求;采用外贴热管建立大功率CCD器件与散热面的直接传热路径,显著地减小传热热阻和热控质量、空间需求。仿真分析和在轨测试结果表明:相机温度水平、梯度和稳定性均满足设计指标要求,该热设计方案可推广用于同类型相机的热设计。     

高分七号卫星激光测高仪总体设计与在轨验证

高分七号卫星搭载了我国首台全波形体制激光测高仪,它具有测距精度高、指向稳定和长寿命的特点,在少量或无地面控制点情况下,以激光足印为高程控制点,与测绘相机数据联合平差,可实现1∶10 000比例尺地图对平面误差和高程精度的要求。文章论述了高分七号卫星激光测高仪的总体设计思路,并给出了高速采样全波形测距、基于足印相机的激光指向测量、长寿命固态激光器的设计方案和地面验证结果。激光测高仪发射入轨以后,对激光测距精度、激光指向测量精度、激光出光次数和能量遥测进行了统计和分析,结果表明:激光测高仪状态良好,测距精度优于0.3 m,满足设计指标要求。