基于目标的全色TDICCD 空间相机信噪比分析

TDICCD 是近几年发展起来的一种新型光电传感器, 作为焦平面器件已广泛应用于空间相机的设计和制造. 本文分析了待观测目标太阳高度角及亮度的影响因素, 建立了光能量从待观测目标到空间相机入瞳的亮度传递数学模型, 提出了一种基于目标的全色TDICCD 空间相机信噪比快速预估计算方法. 以模拟极轨卫星所携带的TDICCD 相机为例进行了预估分析. 结果显示, 此模拟北纬20°待观测目标全年星下点太阳高度角范围为41.5°~76.7°, F 数为15 的TDICCD 相机可以获得的最大信噪比大于40dB. 本文的推导可用于TDICCD 空间相机的预研和总体设计, 同时达到验证卫星任务规划与轨道设计合理性的目的.      

基于目标的全色TDICCD空间相机信噪比分析木

TDICCD是近几年发展起来的一种新型光电传感器,作为焦平面器件已广泛应用于空间相机的设计和制造.本文分析了待观测目标太阳高度角及亮度的影响因素,建立了光能量从待观测目标到空间相机入瞳的亮度传递数学模型,提出了一种基于目标的全色TDICCD空间相机信噪比快速预估计算方法.以模拟极轨卫星所携带的TDICCD相机为例进行了预估分析.结果显示,此模拟北纬20°待观测目标全年星下点太阳高度角范围为41.5°～76.7°,F数为15的TDICCD相机可以获得的最大信噪比大于40dB.本文的推导可用于TDICCD空间相机的预研和总体设计,同时达到验证卫星任务规划与轨道设计合理性的目的.     

地球观测卫星的轨道捕获和轨道保持

<正> 地球观测卫星利用星上遥感设备对地球进行观测,以获取各种地面信息.这种卫星通常选取太阳同步兼回归轨道.在太阳同步轨道上,运动的卫星在相同的地方时经过观测区域,卫星摄影时,太阳高度角基本相同;选取回归轨道,其目的是使卫星在运行一个回归周期以后,又重复原先的地面轨迹,这就可以满足用户对同一目标多次重复观测的要求.美国陆地卫星、泰罗斯、依托斯、雨云及法国的地球资源卫星均设计为这样的轨道.     

GLONASS卫星可见性的一种预测方法

基于GLONASS接收机研制的实践,提出了一种GLONASS卫星可见性的预测方法.根据GLONASS卫星的某一已知状态和GLONASS卫星的运行规律,计算GLONASS卫星的地心地固空间直角坐标,然后转换为以地面观测点为参考的站心极坐标,求出卫星的高度角,得出卫星对于地面用户的可见性.这种算法计算简便,准确度高,在接收机的研制中具有实用价值.     

利用GNSS反射信号载波测量湖面高度变化

给出一种利用导航卫星反射信号的载波相位测量光滑湖面高度变化的方法.首先建立载波相位观测方程,通过在直射与反射信号的观测量之间求单差,再在历元间求双差的方法,消除了大量误差并得到了直射与反射信号的几何路径差;然后根据各颗卫星的观测值和高度角等信息计算出湖面高度变化,并把各卫星得到的湖面高度度变化值进行加权平均以提高测量系统的精度和可靠性.仿真验证了方法在-15dB信噪比下达到了毫米级的测量精度.     

倾斜轨道小卫星太阳高度角分析与机动方案设计

针对倾斜轨道小卫星必然会面对的光学姿态敏感器受阳光干扰的问题,分析太阳高度角的变化规律,提出了计算太阳高度角的经验公式,并在此基础上提出了平台偏航姿态机动方案,可以使光学姿态敏感器规避阳光干扰,并可以简化整星热控和帆板驱动设计,提高了整星的可靠性.     

微振动对高分辨率TDICCD图像辐射质量影响

微振动是影响高空间分辨率遥感卫星成像质量的重要因素之一。主要针对微振动对时间延迟积分电荷耦合器件（TDICCD）图像辐射质量的影响规律进行研究,一方面对微振动的影响规律有更深入的研究,另一方面反过来为微振动的抑制提供参考和建议。首先结合成像器件与目标存在相对运动时的曝光成像规律和TDICCD相机成像原理,建立了微振动下TDICCD相机成像的仿真退化模型。然后利用该模型进行仿真计算,得到了仿真退化图像。最后,针对不同的影响因子,包括微振动的振幅、频率以及TDICCD相机级数,分别研究了其对图像辐射质量的影响规律,并结合理论或者工程实际进行分析,其结果基本一致。     

星载TDI CCD相机成像仿真系统的实现

以VC++ 6.0为开发环境, 基于航天TDI (Time Delay and Integration) CCD相机地物点与像点的映射模型, 开发了TDI CCD相机成像仿真软件系统, 建立了由卫星单轴气浮姿态控制仿真台和地面星载TDI CCD相机成像仿真软件系统构成的实时航天TDI CCD相机成像仿真平台, 可动态模拟航天TDI CCD相机在进行标称偏流角调节后卫星姿态角速度误差对航天TDI CCD相机成像的影响, 仿真结果与实际成像结果基本一致.      

星载全球大气波动成像仪研究

在卫星上对中间层顶区域的气辉辐射成像观测, 对于全球大气波动的监测和研究具有重要的意义. 利用TDICCD对O₂A (0-0)气辉进行成像观测, 计算了曝光积分时间、信噪比和能达到的最高空间分辨率, 分析了地球自转对空间分辨率的影响, 在此基础上提出一种星载全球大气波动成像仪方案, 该方案可以观测垂直波长大于10km的大气波动, 最高水平分辨率可以达到0.33km.      

太阳同步冻结轨道星座保持与捕获

太阳同步冻结轨道卫星在经过同一星下点时光照特性和轨道高度相同,便于载荷观测及定标.由多颗太阳同步冻结轨道卫星组成的星座,需要实现星座成员轨道倾角、轨道高度、偏心率矢量和相对轨道幅角的同时保持.提出了基于切向单脉冲的最低燃耗轨道面内保持策略,证明了该策略的稳定性和燃料最优性,给出了太阳同步轨道地方时保持简单算法.仿真证明...     

地气光辐射对空间目标成像特性影响分析

为分析地气光辐射对空间目标成像特性的影响,以地球同步轨道(GEO)卫星搭载的可见光成像器为探测平台,利用卫星工具包(STK)设计高椭圆轨道(HEO)及近地轨道(LEO)目标运动场景,根据空间目标、地球、太阳、探测平台之间的位置关系,采用微元法建立空间目标与地气光背景等效星等模型,推导出空间目标信噪比(SNR)计算公式。分析了距离、角度参数变化对不同轨道空间目标、地气光背景等效星等及空间目标信噪比的影响。仿真结果表明:当探测平台距离空间目标较远时,地气光背景等效星等低于空间目标等效星等,地气光辐射比空间目标信号强。当地气光辐射进入和离开空间目标探测视场时,空间目标信噪比最大,该时间段是进行空间目标探测的最佳“观测窗口”。仿真得出的空间目标信噪比值为空间目标探测识别提供了理论计算依据。      

同步轨道遥感器热设计和热分析

为解决遥感器在同步轨道环境温度场分析中热传导与热辐射的综合处理问题,热传导模型温度计算采用控制容积方法建立有限差分方程;热辐射模型采用奥本海姆方法计算设备表面单元之间辐射换热;根据是否被遮挡,辐射换热中表面单元角系数的计算分别采用积分和数值方法。计算结果表明,采用上述方法进行温度场分析能够有效解决热传导模型与热辐射模型的耦合,求解精度较高,遥感器设备部件稳态分析温度分布和在轨瞬态分析温度曲线变化清楚,可作为进一步精密热控设计的依据。     

星载TDICCD随机振动与数据处理研究

对星载TDICCD进行了随机振动试验，提出了TDICCD机体在进行宽带随机振动工程试验中必定面临的几个技术问题及处理方法，分析了振动环境与结构振动特性的关系及其对TDICCD结构的影响和危害，研究了试验的实用技术和控制方式的选择要点．根据对星载TDICCD振动信号的现场采集结果，分析了振动信号的时域划分、信号采集基本参数的选择原则，并用信号分析仪进行了数据处理，获得了该机体振动的参数，这些动态特性参数为星载TDICCD的防振、隔振提供了可靠的参考，为对机体进行有限元模态计算提供了修正和科学依据．     

Spin motion determination of the Envisat satellite through laser ranging measurements from a single pass measured by a single station

The Satellite Laser Ranging (SLR) technology is used to accurately determine the position of space objects equipped with so-called retro-reflectors or retro-reflector arrays (RRA). This type of measurement allows to measure the range to the spacecraft with high precision, which leads to determination of very accurate orbits for these targets. Non-active spacecraft, which are not attitude controlled any longer, tend to start to spin or tumble under influence of the external and internal torques and forces.If the return signal is measured for a non-spherical non-active rotating object, the signal in the range residuals with respect to the reference orbit is more complex. For rotating objects the return signal shows an oscillating pattern or patterns caused by the RRA moving around the satellite’s centre of mass. This behaviour is projected onto the radial component measured by the SLR.In our work, we demonstrate how the SLR ranging technique from one sensor to a satellite equipped with a RRA can be used to precisely determine its spin motion during one passage. Multiple SLR measurements of one target over time allow to accurately monitor spin motion changes which can be further used for attitude predictions. We show our solutions of the spin motion determined for the non-active ESA satellite Envisat obtained from measurements acquired during years 2013–2015 by the Zimmerwald SLR station, Switzerland. All the necessary parameters are defined for our own so-called point-like model which describes the motion of a point in space around the satellite centre of mass.     

空间目标在天基光学探测中的特性分析与仿真

分析了空间目标的分布及几何特性,研究了空间目标光学特性与天基探测系统、太阳以及目标自身参数的关系,提出了空间目标光学特性仿真的思路,建立的天基空间目标光学特性分析系统可以计算并绘制相对距离、太阳相位角及目标星等变化曲线.由于很难获取准确的空间目标实际光度数据,文中提出了对仿真结果的验证方法.通过对仿真结果的分析,得出了天基空间目标光学探测的特点,为天基光学探测和识别的研究提供了参考.      

用户星高度对中继卫星星间链路的性能影响

数据中继卫星(简称中继星)系统可为各种用户星提供优质服务,但用户星轨道高度严重影响了中继星与用户星之间的星间链路(IOL)性能。文章通过数学模型来计算IOL自由空间损耗的极值和中继星星间天线的视场角,并用STK进行了仿真验证。基于此模型,对近地圆轨道航天器和导航卫星两种用户进行了实例分析。发现对近地圆轨道用户星,自由空间损耗的最大值与最小值之差和天线视场角均不大,设计时不需要特别考虑;而对导航卫星用户,两项参数值分别高达15dB和大于35°,需采用相应措施来避免过设计和解决视场角大的问题。     

Autonomous satellite navigation using starlight refraction angle measurements

An on-board autonomous navigation capability is required to reduce the operation costs and enhance the navigation performance of future satellites. Autonomous navigation by stellar refraction is a type of autonomous celestial navigation method that uses high-accuracy star sensors instead of Earth sensors to provide information regarding Earth’s horizon. In previous studies, the refraction apparent height has typically been used for such navigation. However, the apparent height cannot be measured directly by a star sensor and can only be calculated by the refraction angle and an atmospheric refraction model. Therefore, additional errors are introduced by the uncertainty and nonlinearity of atmospheric refraction models, which result in reduced navigation accuracy and reliability. A new navigation method based on the direct measurement of the refraction angle is proposed to solve this problem. Techniques for the determination of the refraction angle are introduced, and a measurement model for the refraction angle is established. The method is tested and validated by simulations. When the starlight refraction height ranges from 20 to 50 km, a positioning accuracy of better than 100 m can be achieved for a low-Earth-orbit (LEO) satellite using the refraction angle, while the positioning accuracy of the traditional method using the apparent height is worse than 500 m under the same conditions. Furthermore, an analysis of the factors that affect navigation accuracy, including the measurement accuracy of the refraction angle, the number of visible refracted stars per orbit and the installation azimuth of star sensor, is presented. This method is highly recommended for small satellites in particular, as no additional hardware besides two star sensors is required.     

航天光学遥感器仿真系统原理方案初步设计

介绍了航天光学遥感器仿真系统技术研究目的和意义。根据初步的研究结果，探讨了航天光学遥感器系统仿真技术方案、主要研究内容、技术途径等。重点研究了目标与背景、空间环境条件（温度场、真空、重力场和辐照）、卫星平台等对遥感器成像质量的影响和仿真内容，研究了用地面试验进行验证的方法，提出了建立系统仿真的结构体系等。