多波束三维成像激光雷达高精度收发匹配方法研究

三维成像激光雷达技术为空间地理信息获取、目标立体探测提供了新的技术途径。以多波束并行收发、单光子阵列探测为特征的新一代三维成像激光雷达可提升雷达探测灵敏度、激光成像帧频与成像效率，从而实现远距离快速激光三维成像。三维成像激光雷达的激光发散角与接收视场需角秒量级的匹配精度。随着系统波束数量的增加，几十甚至上百波束的高精度收发波束匹配是系统设计装调的难点。聚焦多波束单光子阵列三维成像激光雷达的收发匹配难题，设计了基于衍射分束激光发射与光纤阵列接收的收发光学系统，提出了一种多波束激光雷达收发波束匹配方法，并对该方法的收发匹配误差源以及温度对其影响进行了详细分析仿真。实验验证结果表明，可实现64波束优于10 μrad的匹配误差，在工作温度范围内总的收发失配优于20.78 μrad，满足本系统设计时25.5 μrad的收发匹配裕量，系统对环境温度有较好的适应性，具有良好的工程应用前景。     

星载激光高度计几何定位误差传播分析

星载激光高度计能够获取高精度的地面高程信息,可作为卫星光学遥感影像三维测图的补充。星载激光高度计的高程测量精度很高,但是平面精度较低。为了能够更有效的利用星载激光测高数据,需要研究星载激光高度计几何定位的误差源及其对定位精度的影响。文章从星载激光高度计几何定位模型出发,推导了星载激光高度计定位误差传播模型,得到影响星载激光高度计测高数据定位精度的主要误差源,并分析了各误差源对定位精度的影响,可以为星载激光高度计的设计和应用提供一定参考。     

星载光子探测激光雷达指向调整机构的理论分析

针对星载光子探测激光雷达在小接收视场及低背景噪声的应用条件和在轨高精度收发同轴匹配的需求,文章提出利用精密光束指向调整机构,实现星载光子探测激光雷达在轨实时调整收发同轴。重点介绍了基于柔性铰链支承的二维精密光束指向调整机构及其在激光雷达上的应用情况;基于在二维精密光束指向调整机构指向镜中心建立的空间坐标系及反射定律矢量表达式,推导了二维光束指向调整机构的出射光束方向与指向镜偏转角度关系式;分析获得了出射光线扫描范围与入射角的关系及出射光线偏转角度与指向镜偏转角的关系式;揭示了在轨收发同轴调整时指向镜偏转角度的计算方法以及二维光束指向调整机构的扫描行程计算公式和扫描角度分辨率计算公式。为精密光束指向调整机构的关键部件的设计选型及误差分析提供一定的依据,对后续星载光子探测激光雷达的收发匹配设计有一定的参考意义。     

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。     

应用自适应滤波抑制星载接收机带内干扰的探索

为抑制卫星内对星载接收机的带内电磁干扰,文章分析了星载接收机在卫星上的电磁环境,提出将自适应滤波器应用到星载接收机上降噪,设计了自适应滤波器及其算法,分析了噪声的多径效应对自适应滤波的影响,明确了接收机天线、信道增益设计要求。对自适应滤波器在抑制星载接收机带内电磁干扰的效果进行了仿真和分析。仿真结果表明:自适应滤波提高了星载接收机抑制卫星带内电磁干扰信号的能力,为星载接收机的电磁兼容设计提供了一种主动适应卫星平台电磁环境的新思路。     

耦合运动对星间激光链路瞄准过程影响及补偿方法研究

在星间激光链路的瞄准过程中,光通信终端与卫星平台的耦合运动是影响瞄准精度的重要因素。本文以耦合运动数学模型为基础,建立了仿真实验系统,并以铱星系统为例,对低轨卫星星间激光链路光束瞄准过程进行了仿真研究。理论分析和仿真结果表明,终端与平台耦合运动所产生的瞄准偏差大于0.9mrad,目标卫星可接收到的信标光功率将被衰减达-7.2dB以上,严重影响目标卫星对信标光的捕获。为确保星间激光链路的建立,提出了耦合运动补偿方法,并进行了相应的仿真实验。仿真结果表明,补偿控制方法使耦合运动产生的瞄准偏差小于2μrad,对信标光的衰减小于-1.7×10-5dB,衰减量可忽略不计。该结果对低轨卫星间激光组网技术的研究具有重要意义。     

一种采用双视场星敏感器的飞行器姿态角快速、高精度测量方法

针对姿态经常机动的飞行器之间建立激光通信问题,研究了一种针对这种飞行器的姿态角高精度、快速测量新方法.这种姿态角测量方法采用一种由宽、窄两种视场组成的双视场星敏感器,并以0轨道飞行器应用为例进行了姿态角测量仿真:其中的宽视场用于识别北极星,窄视场用于跟踪北极星;通过对北极星方向矢量测量值与其理论值进行比较精确求出了偏航、俯仰和滚动三个姿态角.分析表明,姿态角的角分辨率小于1″;测量过程不需要耗时的星图数据库搜索,一帧图像就可以完成一次快速测量.     

基于大数据多视场传函计算的星载相机焦面标定方法

为了精准标定星载相机在轨焦面位置,提出了一种基于大数据多视场光电传递函数过焦曲线的计算方法,即采用大数据处理办法,排除温度梯度、振动等测试环境影响,计算得到多视场光电传递函数,并测试计算不同焦面位置下的传递函数,绘制过焦曲线,标定焦面。通过该方法,实现了有效光学口径为600 mm,焦距为2597 mm的高分七号卫星正样激光测高仪系统中两通道可见光足印相机的焦面标定,位置标定精度小于0.02 mm,各个视场传递函数优于0.35(31线对/毫米)。经高分七号在轨图像验证,大数据多视场光电传递函数计算方法完全满足现有星载相机的标定精度和像质要求。     

基于DEM和GMTI的收发同置分布式InSAR编队构型设计

针对多星收发同置分布式干涉合成孔径雷达(InSAR),建立了基线的空间几何模型,基于高程测量(DEM)和动目标检测(GMTI)任务设计卫星编队构型。给出了多星收发同置分布式InSAR的基线参数与构型参数的转换关系,在任务对基线的约束下,以小于某指标的测高和测速误差的轨道运行时间为优化目标,设计构型参数并仿真分析,获得了三种不同编队构型的基线稳定性和测量误差。     

γ源辐射角度对光子高度计性能的影响分析

为了研究分析月球环境下γ光子高度计源辐射角度对其性能的影响,文章建立了月球着陆器简化模型,利用基于蒙特卡罗方法的粒子输运程序（MCNP）软件仿真计算了接收处理器捕获的光子计数随γ源辐射角度的变化规律。仿真结果表明：辐射角度小于一定值时,光子计数随着辐射角度的增大近似呈线性增长;当γ源辐射角度增大到一定值时,光子计数基本不再有变化。文章的分析方法和结果可以为合理确定γ光子高度计源辐射角度提供设计参考。     

资源三号02星发射 双星组网大幅提高卫星影像获取能力

正5月30日11时17分,资源三号卫星02星在长征四号乙运载火箭的托举下,从太原卫星发射中心开启太空之旅。上级有关部门领导;中国航天科技集团公司董事长雷凡培、总经理吴燕生,副总经理张建恒、杨保华等,分别在发射现场和北京指导发射。资源三号卫星02星由中国航天科技集团公司五院抓总研制,是一颗民用高分辨率光学     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

“长征”四号B运载火箭成功实施“一箭三星”发射

<正>2019年9月12日11时26分,"长征"四号B运载火箭在太原卫星发射中心点火升空,成功实施"一箭三星"发射,将"5米光学"卫星("资源"一号02D星)和"京师"一号卫星、"金牛座"纳星送人太阳同步轨道。"5米光学"卫星("资源"一号02D星)由中国空间技术研究院抓总研制,属于空基规划的中等分辨率遥感业务卫星。卫星工作在太阳同步轨道上,回归周期为     

“长征”二号D运载火箭成功发射“云海”一号02星

<正>2019年9月25日08时54分,我国在酒泉卫星发射中心用"长征"二号D运载火箭成功将"云海"一号02星送入预定轨道。"长征"二号D火箭点火发射的"云海"一号02星由上海航天技术研究院抓总研制,主要用于大气海洋环境要素探测、空间环境探测、防灾减灾和科学实验等领域。     

星载激光测高地面数据处理设计研究

星载激光测高技术是对地观测系统中最为核心和前沿的信息获取技术之一,因其具有探测方向性好、测距精度高等特点,在地球科学领域中体现出了巨大的应用潜力。在ICESat/GLAS测高地面数据处理系统的基础上,针对将于今年发射的高分七号卫星的载荷特点,设计了一套星载激光测高地面数据处理系统软件。该软件可实现对星载激光测高数据的地面处理并生成3级数据产品,包含激光能量计算、波形分解和激光脚点定位等,以及相应各级产品的数据质量控制处理。利用高分七号仿真数据对该软件进行相应的性能测试,测试结果表明:该系统软件基本满足需求,已初步具备星载激光测高地面数据处理能力。     

一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法

基于北斗三号卫星配置规划,提出了一种同轨区域集中的北斗卫星自主导航算法。利用Ka星间链路指向切换灵活特性与激光链路高速通信特性,并克服激光终端异轨面通信困难,指向切换不便等缺陷,算法设计将轨道面内各卫星采集的Ka双向测距信息利用激光星间链路传入轨道面主卫星中,从而将测距信息集中处理并完成轨道面内各卫星的轨道信息更新。并且,本文还搭建了星内模拟仿真环境,对算法精度及性能进行验证。仿真结果表明,同轨道区域集中自主导航算法可在星内仿真环境中稳定运行,且其导航精度远优于分布式自主导航精度。     

大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪数字建模与仿真

"高分五号"卫星是中国高分专项工程中的唯一一颗实现高光谱分辨率的遥感卫星,其中搭载的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪(Atmospheric Infrared Ultra-spectral Sounder,AIUS)是中国第一个星载超高光谱掩星探测载荷,是中国目前光谱分辨率最高的星载傅里叶变换光谱仪。文章基于AIUS的探测原理,以掩星观测路径的能量传输为线索,研究探测仪数据获取链路中各个环节的辐射传输过程,建立了包括大气红外辐射传输仿真和探测器仿真的数字化建模与仿真模型,并对仿真模型进行了精度验证,充分验证了数字仿真模型的有效性和准确性。验证试验结果表明:数字仿真模型具有高精度的数据仿真能力,所有通道仿真数据与实际测量数据相比,相对误差小于2%,数据相似度优于0.99。因此,数字仿真模型能够为"高分五号"卫星大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪在轨成像质量预测、指标参数优化和应用能力评价提供重要的数据支撑。     

“长征”二号D火箭成功实施“一箭双星”

正2020年5月31日16时53分,我国在酒泉卫星发射中心使用"长征"二号D运载火箭成功将"高分"九号02星、"和德"四号卫星送入预定轨道,发射取得圆满成功。此次发射的"高分"九号02星由中国空间技术研究院所属航天东方红卫星有限公司抓总研制,主要用于国土普查、城市规划、土地确权、路网设计、农作物估产和防灾减灾等领域,可为"一带一路"倡议等国家重大战略实施和国防现代化建设提供信息保障。     

中国的资源探测卫星（下）

千里眼视力大增 为了满足国家和广大用户对资源卫星数据产品的连续性需求,并结合中国航天技术的发展水平和资源卫星的技术现状．2007年9月19日中国又把资源1号02B星送人轨道。该卫星继承了资源1号02星的有效载荷设备．并增加了新的兼具试验功能的载荷设备．对后续中巴资源卫星的研制生产将起到极其重要的作用。2007年9月22日．北京、广州、乌鲁木齐3个地面站顺利接收到该卫星发回的对地观测数据。     

星载激光测高仪回波信号仿真分析

为研究不同地形、地物对激光回波信号的变化状况和星载激光测高仪的实际测量精度等问题,文章采用计算机仿真技术建立了立体地物数字模型、激光脉冲数学模型和噪声信号模型;设计了针对光栅网格地形数据的激光回波近似算法,避免了三角面片的划分、面片间遮挡测试和消隐处理,简化了计算过程。对理想平面目标的激光回波仿真结果与理论结果一致。利用在Matlab环境下开发的仿真程序,对平面型、阶梯型和高斯起伏型3种典型地物模型进行了仿真实验,估算了星载激光测高仪对不同目标区域的实际测量精度。