多光谱相机高稳定性光机结构设计技术

文章针对测绘应用对多光谱相机设计的技术要求,从影响相机内方位元素和在轨成像品质因素出发,结合三反离轴相机的特点,重点分析多光谱相机高稳定性设计（力学和热）。多光谱相机主体反射镜通过选取零膨胀的微晶玻璃和殷钢材料,降低了反射镜的热敏感性,反射镜组件通过采用四点球铰无应力支撑技术实现了反射镜的静定支撑、消除掉了反射镜装配应力,保证了反射镜面型的稳定性。相机主体结构与卫星的连接采用柔性卸载结构设计,卸载了卫星结构由于热变形而导致的相机结构变化,保证了相机主体结构的在轨性能稳定性。通过对整个相机进行有限元分析和环境试验,有效地验证了设计的正确性,多光谱相机主体具有较好的结构稳定性。     

陆地生态系统碳监测卫星日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪设计与验证

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪(简称超光谱探测仪)是陆地生态系统碳监测卫星“句(gōu)芒号”四个有效载荷之一。超光谱探测仪是国际上首台专门设计探测太阳诱导植被荧光载荷,光谱范围670nm～780nm,光谱分辨率0.3nm,对地观测幅宽34km。为了保证探测精度,探测仪要求在10mW·m^–2·sr^–1·nm^–1输入光谱辐亮度下信噪比大于200。针对高精度定量化探测需求,国内首次采用高稳定双焦距望远光学系统设计,实现了光学系统的公差比传统设计低4倍,采用高性能AD量化器件和电路抑制设计实现513.1高信噪比,采用高稳定漫反射板(Quasi Volume Diffuser,QVD),实现在轨高稳定性能监测,采用间接控温实现0.08℃精密控温。文章给出了探测仪设计与实验室验证情况,并给出了外场试验结果和在轨初步反演结果。     

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。     

“高分四号”卫星相机热控系统设计及验证

"高分四号"卫星搭载的相机具有较高的分辨率和指向精度,需相机光学系统及主承力结构在全寿命周期内保持高温度稳定性,且该相机工作于地球静止轨道,所处空间热环境更为复杂,给热控设计带来极大挑战。文章结合相机在轨成像需求和空间热流特点,详细分析了相机热控设计的重点与难点,并创新性的采用了遮光罩开设散热面、间接辐射控温、南北耦合散热面等热控措施,实现了高轨相机的高精度温度控制。热平衡试验与在轨飞行温度数据表明,相机的热控设计合理可行,能够满足相机在轨成像的温度要求,为未来高轨大口径光学相机高精度、高稳定性热控设计奠定了良好的基础。     

环境减灾二号A/B卫星在轨定标模式设计与验证

环境减灾二号A/B(HJ-2A/B)卫星上搭载了16 m相机、大气校正仪、高光谱成像仪和红外相机4台有效载荷,主要执行中等分辨率下的800 km大幅宽对地观测和定量化遥感任务,因此高精度的辐射定标对环境减灾二号A/B卫星的数据处理和应用至关重要。为了保证4台成像体制各不相同的载荷能够满足在轨长期稳定的辐射响应精度,文章介绍了卫星对日定标、对月定标、偏航定标、载荷内定标等各种在轨辐射定标模式的设计方法,通过卫星获取的在轨定标遥测和图像数据,分析了卫星发射入轨后各种定标模式下遥测及相关定标数据。结果表明：各类型在轨辐射定标模式可以有效实现对4台载荷的辐射定标,获取的高质量辐射定标数据可以满足各载荷在轨长期稳定运行的辐射定标需求,可为后续光学遥感卫星在轨辐射定标设计提供参考。     

硬X射线调制望远镜卫星总装设计与实现

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星有效载荷质量大、探测器数量多、地面存储和在轨工作环境要求高的特点,设计了HXMT卫星总装方案,提出了多种探测器电接口集成优化设计、望远镜外热流抑制总装设计、望远镜杂散光消除总装设计和望远镜总装全周期环境保障设计,并得到了研制实践验证。HXMT卫星在轨运行结果表明:总装设计合理可行,能满足望远镜的需求,可为我国后续空间X射线天文卫星的总装设计提供参考。     

Mighty-Ⅱ星载干涉型超光谱成像仪

介绍了美国研制的 Mighty-Ⅱ卫星载干涉型超光谱成像仪,主要内容包括卫星发射前后的校准结果、在轨性能,以及该超光谱成像仪在设计寿命内的有关数据。它是第一台在轨成功使用的超光谱成像仪。     

海洋一号C/D卫星在轨交叉定标设计

为了满足定量遥感对海洋水色遥感仪器定标精度定期监测的需求,提出海洋一号(HY-1)C/D卫星在星上配置具备高光谱分辨率与高辐射定标精度的定标光谱仪的设计方法,实现对同一卫星平台载荷设备的交叉定标。根据交叉定标基本原理,给出HY-1C/D卫星在轨实现交叉定标的流程设计,指出星上定标光谱仪作为参考遥感器需要满足的设计要求,并从工程实际角度对在轨交叉定标精度进行了预估。结果表明:在轨同平台交叉定标设计能够有效提升光学遥感器之间的交叉定标精度。     

高分三号卫星总体设计验证

高分三号(GF-3)卫星是我国民用"高分辨率对地观测系统重大专项"中唯一一颗微波成像卫星,也是我国第1颗1m分辨率C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星,其定量化指标要求高,同时具有雷达天线质量、尺寸大,热控要求高,脉冲功率大,构型布局复杂等技术特点和难点。文章围绕GF-3卫星技术难点,系统阐述了卫星高定量化、高扩展性等总体设计特点及设计验证方法,并采用系统建模、模拟分析、地面试验和在轨测试等多种措施,确保卫星优良的图像质量和定量化应用能力,使其具备一定的在轨扩展能力。GF-3卫星设计和研制过程中采用的验证方法,可为后续SAR卫星的总体设计提供参考。     

倾斜轨道星敏感器热控设计及在轨分析

倾斜轨道卫星星敏感器空间外热流复杂多变,同时兼具内功率集中、热容小等特点,这为星敏感器的热设计带来了很大的困难。文章以某临界倾角轨道卫星星敏感器热设计为背景,在详细外热流分析的基础上,提出了一种倾斜轨道星敏感器热设计方案,利用热分析软件Thermal Desktop对此热控系统进行了具体的热分析。星敏感器在轨遥测温度在-19.8^-5.1℃之间,满足温度指标要求,表明星敏感器热设计合理、有效,可为今后倾斜轨道星敏感器热设计提供设计依据。在此基础上,文章利用在轨遥测数据对星敏感器热分析模型进行修正,得出入轨初期星表主要热控涂层退化约为50%的结果,这对于分析近地轨道卫星在轨温度具有一定的参考意义。     

地球静止轨道遥感器空间热流模拟方法研究

空间遥感器需开展地面热试验以验证热控设计的正确性,而空间热流的准确模拟是地面热试验验证的关键因素。地球静止轨道遥感器空间热流复杂,空间热流的准确模拟更为重要。文章提出了一种地球静止轨道遥感器空间热流模拟方法,解决了高轨光学系统受照的热流模拟问题,大大提高了静止轨道遥感器地面试验的准确性。文章以"风云四号"卫星闪电成像仪为例,详细介绍了热流模拟方法,并进行了地面试验和在轨验证。地面试验和在轨飞行温度数据表明该模拟方法正确,模拟数据可靠。文章介绍的热流模拟方法也为后续高轨遥感器及太阳观测遥感器空间热流的模拟提供了参考。     

大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪设计与实现

GF-5卫星的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪是中国目前光谱分辨率最高的红外超光谱探测载荷,它基于时间调制傅里叶变换光谱探测技术,通过太阳掩星观测方式在750~4 160cm–1(2.4~13.3μm)光谱范围内,实现光谱分辨率0.03cm–1的大气透射光谱探测。该载荷的两大技术特点和难点是高光谱分辨率和自主精密太阳跟踪,采用大光程差摆臂角镜傅里叶变换光谱仪实现了红外宽谱段、高分辨率光谱探测,研制了图像反馈太阳跟踪装置实现在轨自主精密太阳跟踪。文章回顾了该载荷的系统设计、关键技术及实现情况,给出了地面测试与试验结果,可为同类载荷研制提供参考。     

星载高光谱成像仪数据地面预处理系统设计

环境与灾害监测预报小卫星星座A星(简称环境-1A卫星,HJ-1A)上搭载的高光谱成像仪(HSI)是我国第一个对地成像的干涉成像光谱仪,具有多谱段、高光谱分辨率的优点.针对高光谱成像仪的特点,设计了星载高光谱成像仪数据地面预处理系统.该系统由产品生产、质量检测和定标处理单元组成,集成了高光谱成像仪数据完整性处理、背景处理...     

环境减灾-1A卫星空间调制型干涉光谱成像仪技术

介绍了空间调制型干涉光谱成像技术的基本原理,结合为环境与灾害监测测预报小卫星研制的超光谱成像仪总体方案,阐述了该类仪器的主要技术参数设计方法,以及光学、机械、电子、定标和数据复原处理等环节的关键技术,给出了仪器在轨运行获得的部分超光谱数据,以及仪器的应用潜力.     

“高分二号”卫星相机热控系统的设计与验证

为了保证相机在轨成像品质和指向精度,相机光机部件的控温要求需全寿命周期温度稳定性优于±0.3℃。文章根据"高分二号"卫星相机在轨成像需求,详细分析了相机热控设计的重点与难点,并创新性的采用了辐射主动控温措施对相机进行高精度的温度控制。热平衡试验和在轨飞行温度数据表明,相机热控设计合理可行,热控措施能够很好的满足在轨成像时所需温度要求,同时证明了辐射主动控温方法具有很好的控温精度和鲁棒性,在未来空间相机高精度、高稳定性热控设计中具有很好的应用前景。     

星载高光谱成像仪在轨偏航定标方法

高光谱成像仪以其纳米级光谱分辨率可同时获取地物的图像和光谱信息,辐射定标的精度是其定量化应用的关键环节,而偏航定标降低了对定标场地的选择要求,为高光谱成像仪在轨高频次定标提供了支撑。文章提出一种基于卫星平台90°偏航机动的高光谱成像仪在轨偏航定标方法,包括偏航数据的获取及数据处理、分析方法。基于资源一号02D卫星在轨数据对此方法进行了验证,结果表明:该方法对高光谱成像仪的相对辐射校正具有良好的效果,探测器所有像元相对辐射定标精度可达1%,原始图像中的条纹噪声得到很好去除。文章提出的方法可以实现高光谱成像仪的高频次、全视场相对辐射校正,为后续高光谱数据的定量化应用打下基础。     

空间环境模拟器20k液氦热沉系统设计

火星探测卫星等非地球轨道卫星,由于受各种条件的限制,其在轨所经受空间冷黑环境的影响比地球轨道卫星更为恶劣.经计算,火星探测卫星真空热试验时,要求热沉温度低于20 k.目前国内整星级真空热试验设备热沉温度均为90～100 k,为了满足试验要求,对现有的真空热试验设备进行改造,在液氮热沉内部研制新增一个全包络的液氦热沉,并配置了冷源供应系统.文章叙述了20 k液氦热沉及冷源供应系统的设计、计算、制造以及在试验中实际应用情况.     

导航卫星自主健康管理指标体系构建方法

针对北斗全球卫星导航系统提供高连续性和高稳定性服务的特点,提出了导航卫星健康管理指标体系构建方法,从卫星服务性能及在轨安全稳定运行方面分析影响任务成败的关键因素,转化为故障检测、隔离、预测与评估的需求,再根据需求构建健康管理指标体系,采用参数权衡法,对已构建的指标体系进行定量计算,给出具体的指标要求,作为卫星设计研制的依据。经过地面仿真计算及在轨性能评估验证,结果表明:导航卫星各分系统单机按照指标要求开展设计研制,能够满足空间信号连续性、可用性等系统指标要求,可为星载健康管理指标设计提供参考。     

星载大气监测光谱仪高精度星上定标技术

大气成分的高精度反演及应用对星载超光谱载荷的辐射精度和光谱精度均提出了更高要求,且随着遥感器运行寿命的不断延长,需建立高精度、高稳定的星上定标系统。文章介绍了一种满足大气监测光谱仪高精度定标要求的星上定标技术,结合时间调制型傅里叶变换光谱仪的技术特点,制定了星上绝对辐射定标、仪器线形函数ILS测量和光谱定标的方案。采用太阳漫反射板定标法实现全口径、全视场、全光路绝对辐射定标,定标漫反射板在光谱仪光路的最前端将太阳光谱引入,通过已知的大气层外太阳光谱照度和地面标定的漫反射板双向反射分布函数BRDF确立星上绝对辐射定标基准。设置参考漫反射板进行在轨性能衰减的监测和校正,采用的QVD漫反射板具有高稳定性,可保证全寿命周期内星上绝对辐射定标精度优于5%。星上设置单色稳频激光器对光谱仪的仪器线形函数进行定期监测,以评估光谱仪的光谱分辨率等光学性能的在轨状态。利用太阳光谱和大气光谱中的特征谱线进行在轨波长校正。     

环境-1A超光谱成像仪相对辐射定标方法应用研究

介绍了环境-1A卫星上装载的新型有效载荷超光谱成像仪的工作原理。指出我国使用超光谱干涉仪尚处于试验阶段,对在轨数据处理方法还需要完善。文章针对干涉仪的数据立方体特性提出一种空间维的基于统计方法的在轨干涉数据相对辐射定标处理方法,并通过对卫星实际在轨数据的对比处理来验证其处理效果。结果表明,相对辐射定标处理可以修正CCD响应的不均匀性和入射光场的不均匀性,减小非线性相位偏移,提高复原光谱的精度。