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。     

中型敏捷遥感卫星公用平台方案特点与应用

中型敏捷遥感卫星公用平台(简称"中型敏捷平台")是我国首个中等规模、敏捷遥感卫星公用平台研发项目,其研制目标包括完成平台设计开发、系统级试验验证、4项核心技术与8年寿命攻关、单机产品升级换代等。文章总结了中型敏捷平台的敏捷机动控制技术、高定位精度支持技术、通用化星载数据系统、高效率任务管理技术、整体式微振动抑制技术等方案特点,并对其应用效能进行了分析,例如平台模块化结构的良好任务适用性、通用电性验证平台的高效使用、核心技术的共享应用、新一代单机产品体系的广泛应用。该平台通用性强、任务适应范围广,后续可应用于低轨各类高精度、高效率遥感卫星任务。     

中型敏捷遥感卫星公用平台开发研制模式探索

高分多模卫星(GFDM-1)作为中型敏捷遥感卫星公用平台(ZY2000 Remote Sensing Satellite Platform)的首发验证星,全面实践了基于公用平台的研制模式。文章结合卫星平台"一步正样"、时效要求高的特点,报告了项目管理思路与方法,即坚持以先进性、通用性、覆盖性、经济性为原则组织进行平台产品开发,100%选用平台产品化产品进行卫星平台产品选用控制,使用通用电性验证平台开展初样研制,采用系统工程理论进行工作分解,分级落实责任,有效保障了在24个月之内完成卫星研制。在此基础上,总结提炼了研制过程中的项目管理经验,提出了思考与见解,可用于后续卫星研制借鉴与参考。     

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。     

敏捷遥感卫星新型姿态控制精度评估方法

针对新型敏捷遥感卫星地面测试缺乏验证手段问题,文章提出一种针对敏捷机动成像过程的新型姿态控制精度评估方法,通过设计星地模型算法,根据卫星的定轨数据和高精度姿态数据计算,可得到星载相机成像点在地固坐标系(ECF)的坐标,并引入地表高程数据以提高计算精度,进行成像点位置精度评估,即姿态指向精度评估;通过计算地表镜下点运动速度等衍生参数,进行载荷成像质量评估。与同条件下地面任务规划数据比对,算法精度误差在10米量级,远小于卫星姿态指向误差导致的成像位置偏离,满足地面分析验证精度需求。该套算法已应用于遥感公用平台、某卫星姿态敏捷机动技术地面验证工作。     

高分多模卫星构型与总体布局设计及验证

针对高分多模卫星高分辨率、敏捷成像、高图像定位精度等任务需求,文章从构型和总体布局两个方面,梳理了高分多模卫星的设计理念和技术实现途径。通过体系化的数字仿真、试验模拟、在轨飞行等验证手段,对设计效果进行了验证,并分析总结了卫星构型与总体布局特点,对同类遥感卫星的总体设计具有借鉴作用。     

敏捷SAR卫星平台载荷一体化控制方法研究

面向具备波束指向捷变能力的小型化敏捷合成孔径雷达(SAR)卫星成像需求,提出了通过平台姿态敏捷机动和载荷波束捷变扫描一体化控制实现条带成像、多条带拼接成像、滑动聚束成像等传统成像模式的方法。针对配合成像过程提出的大角度机动和高精度高稳定度连续指向跟踪控制要求,采用5个单框架控制力矩陀螺(SGCMG)组成的"五面锥"构形控制力矩陀螺群作为执行机构,设计了基于姿态四元数和角速度反馈的改进型递阶饱和控制器,实现了平台的敏捷机动和对目标的稳定跟踪指向。数学仿真结果表明:该控制系统有效可行。     

采用斜装金字塔构型CMGs的敏捷遥感卫星姿态控制

研究了敏捷遥感卫星侧摆过程中的姿态控制问题。针对敏捷遥感卫星需要进行大角度侧摆完成成像的姿态机动任务,采用控制力矩陀螺(CMG)作为姿态控制的执行机构,提出了一种面向侧摆机动的无显奇异斜装金字塔构型方案,设计了基于参考轨迹法规划的侧摆机动控制律,结合带零运动的伪逆操纵律进行侧摆机动,消除了显奇异对侧摆机动的不利影响。最后进行了仿真验证,结果表明斜装金字塔构型方案在预设参考轨迹的约束下能够完全回避内部显奇异,实现了遥感卫星敏捷姿态机动,有利于遥感数据的高效获取。     

敏捷遥感卫星工作模式研究

综述了国外商业遥感卫星发展情况,归纳总结了高分辨率商业卫星的主要技术指标和特点。在充分调研国外敏捷遥感卫星的基础上,从成像目标需求、分辨率与幅宽关系、立体成像三方面总结出此类卫星的技术特点,阐述了发展敏捷遥感卫星的重要意义和作用,并深入分析了实现姿态敏捷控制的技术途径。利用姿态的敏捷控制能力,研究提出了多点目标成像、立体成像、宽幅拼接成像、动态扫描成像等4种典型工作模式,完成了敏捷卫星主要工作模式的分析与设计,并基于此工作模式要求,提出了敏捷卫星工程实现的技术途径。     

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。     

高分多模卫星图像质量保证和验证

针对高分多模卫星敏捷成像模式开展图像质量预估,识别出关键影响因素,并在工程设计和研制过程中采取相应措施保证图像质量。通过适当提升星下点分辨率,保证卫星一定机动范围内的0.5 m分辨率;配置大气同步校正仪,消除大气对高分辨率图像的影响;采用积分时间分片设置,解决卫星大角度成像时中心和边缘视场像移速度差异大的问题;采用积分时间实时设置,解决主动推扫成像过程中焦面像移速度变化快的问题;通过地面处理,解决主动推扫成像模式下图像内部均一化的问题。高分多模卫星在轨测试结果表明:研制过程中采用的图像质量保证措施有效,敏捷成像模式下的图像质量符合预期要求。     

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。     

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。     

北京三号A/B卫星总体设计及技术创新

北京三号A/B卫星是基于我国第二代敏捷卫星平台CAST3000E研制的高分辨率光学遥感智能敏捷卫星,具有“超敏捷、超稳定、超精度”、“智能复合控制、智能自主规划、智能图像处理”的技术特点。文章重点介绍了北京三号A/B卫星的总体设计和技术创新性,包括卫星设计方案、成像模式和操控模式等,并结合在轨实际应用情况介绍了卫星的能力水平及技术指标的国际对标情况。     

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。     

中型敏捷遥感卫星公用平台寿命工作研究与实践

中型敏捷遥感卫星公用平台(简称"平台")是我国首个寿命要求8年的低轨卫星平台,相对于之前国内低轨卫星设计寿命一般为3～5年,技术跨越很大。为确保各项工作的系统性和规范化,开展平台寿命工作。文章介绍了平台寿命工作策划、设计分析、试验、评估等内容,以及寿命指标分配、寿命故障模式与影响分析(FMEA)和寿命建模等关键技术研究及应用情况。通过平台寿命工作,识别了锂电池等51种有限寿命单机,并获得了量化的寿命评估结果,提出了后续卫星利用在轨飞行数据修正模型、完善技术方法的工作建议。     

高分多模卫星星地一体化专项工程研究与应用

高分多模(GFDM-1)卫星是我国民用空间基础设施规划中的首颗高分辨率光学对地成像敏捷遥感卫星,其最高分辨率达到0.42 m,成像模式灵活且丰富.为实现卫星设计、研制与应用的紧密结合,确保卫星入轨后实现高成像质量、高成图效率、高应用效益,切实解决用户业务中的实际问题,开展了星地一体化专项工作,在卫星像质保证、任务定制、数据处理、在轨综合效能评估等方面部署了研究课题,在卫星工程研制和在轨测试阶段全程同步实施.通过技术研究、产品开发、测试与应用,并在卫星入轨后迅速支持卫星任务定制、载荷定标、数据处理与业务应用,实现了星地一体化同步协调发展,提高了空间基础设施应用效益.     

“长征”四号B火箭成功发射高分多模卫星及“西柏坡”科普卫星

正2020年7月3日11时10分,"长征"四号B运载火箭在太原卫星发射中心成功执行"一箭双星"任务,将高分辨率多模综合成像卫星及搭载的"西柏坡"科普卫星(又名"八一" 02星)发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射取得圆满成功。此次发射的高分辨率多模综合成像卫星由中国空间技术研究院研制。高分辨率多模综合成像卫星是我国首颗民用分辨率达到亚米级、同时具有多种敏捷成像模式的光学遥感卫星,将主要用于获取我