星敏感器时间同步设计与测试验证

高分辨率卫星和载荷标校对姿态具有极高的实时性要求,星敏感器测量的是曝光中点时刻的姿态数据,时间同步可以使姿态数据和时间更加精准匹配。首先提出了硬件脉冲信号时间同步设计方法,梳理出硬件脉冲时间同步流程,根据脉冲信号控制星敏感器曝光,对脉冲信号、曝光起始和结束时刻等信号的时序关系进行了详细描述,并给出了基于硬件脉冲信号的曝光中点时刻的计算方法,时间同步延时100ns,时间同步精度达到20ns。随后提出了软件指令时间同步设计方法,梳理出软件指令时间同步流程,并给出了基于软件指令时间基准的曝光中点时刻的计算方法和溢出保护措施,时间同步延时440μs,时间同步精度达到20ns。通过对硬件脉冲信号和软件指令两种时间同步设计进行测试,验证了硬件脉冲信号时间同步计数、曝光时刻、软件指令时间同步、守时计数器等功能。

空间高分辨率CCD相机次镜支架最佳结构设计

根据某空间高分辨率CCD相机的结构设计方案 ,利用结构设计软件Solidedge建立了次镜支架的结构分析模型 ,并利用有限元分析软件Vnastran对不同结构和尺寸的次镜支架进行了动力学分析计算 ,提出了次镜支架的鼓型偏置式四翼梁结构 该结构具有较高一阶谐振频率和良好的机械加工性能 。

空间光仪光机热集成分析方法

本文重点阐述了结构、热响应及光学的集成分析方法和过程，应用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式光机热各分析模块间数据接口的工具，进行各分析模块间数据的转换。以某空间相机为例进行了系统的集成分析。

空间遥感相机调焦机构设计

空间遥感相机所处的环境条件非常复杂 ,由于环境条件的改变 ,相机的焦平面将产生不同程度的偏移 ,为保证相机的成像质量 ,需将变化的焦平面加以校正 ,因此设计一套借助精密滚珠导轨、凸轮导向机构实现调焦的调整机构。本文从保证空间遥感相机成像质量的角度出发 ,介绍了调焦机构的方案选取原则 ,阐述了调焦机构的工作原理、组成及调焦机构的运动转化原理 ,给出了提高调焦机构安全可靠性所采取的措施 。

环境温度对星敏感器测量精度的影响

环境温度对星敏感器测量精度有一定影响。运用光机结合方法,研究环境温度对星敏感器测量精度的影响。在计算典型星敏感器光学系统热效应引起的结构参数变化的基础上,分析了星敏感器星点定位误差。计算结果表明:在视场角0°附近,环境温度变化对星点定位精度影响较小;通过材料匹配,减小系统温度焦移系数,可以减小环境温度变化引起的星点定位误差。热补偿设计后,在环境温度-20～60℃范围内,星敏感器最大测量误差仅为0.02″,约为原系统的1/7。

三线阵测绘相机交会角在轨监测可行性分析

卫星发射和在轨运行期间,三线阵测绘相机交会角受环境影响会发生变化,从而制约了测绘精度。与现有通过地面控制点反算补偿的方法相比,三线阵测绘相机交会角在轨监测是以上问题实时直接的解决方案,也是无地面控制点摄影测量的关键技术。但其理论上涉及多达36个自由度变化,难以直接实现。为此建立了包含全部自由度变化的测绘相机整体数学模型,推导出完整的相机交会角表达式。进一步基于对各参量影响程度的分析完成了自由度约简,得到简化的相机交会角表达式,并通过仿真验证了简化的合理性,各自由度参量在[0,200μm/(″)]变化范围内,简化误差小于0.05″。分析结果表明:只要重点监测5个关键自由度变化就可以实现三线阵测绘相机交会角的监测,从而大幅降低了系统的复杂程度并使在轨监测成为可能。

空间光学遥感器CCD焦面组件热设计

空间光学遥感器CCD焦面组件的热控工作旨在保证CCD器件所需温度水平和温度梯度,以满足遥感器高质量成像要求。分析了CCD焦面组件的工作模式与热控要求,遵循"被动热控为主,主动热控为辅"的热控制策略,提出了CCD焦面组件的热设计方法。在此基础上通过Sinda/G和TMG软件进行了计算机仿真,验证了热设计的正确性,对各类空间光学遥感器CCD焦面组件的热设计有一定的指导和借鉴作用。

空间相机CCD焦平面的光学拼接

为满足空间相机在大视场、高分辨率下进行测量，研究了多片线阵ＣＣＤ拼接技术，阐述了光学拼接的原理、装调、检测方法和焦面结构。在由长工作距显微镜和精密Ｘ－Ｙ导轨组成的拼接设备上，采用分光棱镜、机械微调的方法完成了三片 ＴＤＩ ＣＣＤ的光学拼接，搭接误差不超过 １／３像素。光学拼接具有结构简单，成本低和使用灵活的优点。

星载多光谱CCD相机研究

研制的星载多光谱 CCD相机采用线阵 CCD推扫方式成像 ,具有蓝、绿、红、近红外、全色五个成像谱段 ,在轨工作时地面像元分辨率为 2 0米 ,覆盖宽度 113公里。相机光学系统采用单镜头焦面分色结构实现多光谱成像 ,每个谱段的探测器阵列由 3片 2 0 4 8元 CCD光学拼接而成 ,以实现地面宽覆盖成像。多片 CCD信号采用串行读出方式 ,使焦面 15片 CCD形成两路视频信号输出给数据传输系统。测试结果显示 ,相机各谱段 MTF典型值为 0 .2 5 ,满足使用要求。

“资源三号”卫星多光谱相机技术

"资源三号"多光谱相机按照测绘相机的要求开展研制,采用了离轴TMA光学系统、柔性卸载技术、高集成与低噪声电路技术等多项先进技术保证相机成像品质,在轨测试显示,多光谱相机功能、性能满足研制要求,关键项目性能优于指标要求,内方位元素保持高精度稳定,经过几何检校后,定位精度达到国际先进水平。文章论述了多光谱相机的设计、制造、调校、试验等相关技术,可以为后续同类相机的研制提供参考。

嫦娥二号卫星CCD立体相机设计与验证

介绍了嫦娥二号卫星CCD立体相机的设计思想与结果、发射前检测与地面推扫成像试验。嫦娥二号卫星CCD立体相机仍采用与嫦娥一号相同的线阵推扫成像模式,但嫦娥二号卫星CCD立体相机的技术指标要求大幅度提高,主要表现为地元分辨率由嫦娥一号的120m提高为嫦娥二号在100km圆轨上优于7m与在100km/15km椭圆轨道近月弧段优于1m。地元分辨率提高,加之轨道降低造成地速增大,致使在100km/15km椭圆轨道上对虹湾极低反射率的月面成像时最长曝光时间不能超过0.6ms。同时又要求相机在100km圆轨上曝光时间为4.5ms时不产生饱和,即CCD立体相机既要满足100km圆轨的全月面立体成像,同时又要满足在100km/15km椭圆轨道上1m成像分辨率的局域高精细探测,从而要求扩大相机的动态范围以及提高探测灵敏度,这些都使嫦娥二号CCD相机的设计、研制难度大幅增加。实际设计与发射前检测表明,嫦娥二号卫星CCD立体相机很好地满足了任务要求。

四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用

研究了四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用。提出了一种功能等同于齐次旋转变换矩阵的改进的四元数变换矩阵,并依据多体系统理论,利用改进的四元数变换矩阵和齐次坐标变换矩阵两种方法推导出了对应于地面景物的两种航天相机的像面位置模型,阐述了利用四元数实时求解的算法来获得各像点的像面位置的实时解的方法。同时对这两种求解方法进行了计算机模拟。结果证明,利用改进的四元数变换矩阵方法的求解速度比利用齐次坐标变换矩阵的方法快一些。

高分辨率空间相机精密热控设计及验证

基于波像差分配理论,提出了某高分辨率空间相机的热控指标.在分析相机空间外热流环境的基础上,进行了热控方案设计,并利用热分析软件进行了高低温工况下的瞬态热分析.结合热平衡试验验证了热设计的有效性和正确性.

嫦娥一号卫星CCD立体相机的设计与在轨运行

介绍了立体成像原理、参数选择、相机方案及设计结果。发射前的实验室检测表明:整机MTF达0.48,S/N为235。由嫦娥一号卫星CCD立体相机获取的图像清晰,层次丰富。用户根据在轨运行前期探测数据对CCD立体相机的科学探测数据质量进行了初步评估,认为CCD立体相机工作正常,数据格式正确,科学数据有效,图像质量优良,能够进行稳定的数据观测、采集与下传。最后介绍了相机在研制过程中采用的一些新技术。

空间相机相关法实时检焦技术研究

自动检调焦技术是保证空间相机拍摄出高质量图像的重要技术手段 ,本文介绍了一种自准直法实时检焦系统。该系统用两块小口径五棱镜代替其他空间相机常用的大平面反射镜 ,用半导体激光器做光源 ,用CCD作为光电转换器件 ,通过测量两光斑在CCD上的移动量 ,从而计算出离焦量。本文采用相关法处理数据 ,并通过合理选取阈值和数据拟和技术 ,实现了亚像素测量精度。该系统具有结构紧凑 ,稳定性好等特点 ,实验结果表明检焦分辨率≤ 10 μm。

卫星振动对TDICCD成像质量的影响及补偿方法

为了对卫星振动图像进行稳像处理,分析了卫星振动对时间延时积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)成像质量的影响,提出了一种对卫星振动进行补偿的方法。首先介绍了TDICCD的工作原理及其对振动的敏感性,然后以调制传递函数(MTF)为评价标准研究了振动对TDICCD成像质量的影响,重点分析了TDICCD积分级数与振动的关系。通过对卫星振动数据的具体计算表明,TDICCD的积分级数越大,卫星振动对成像质量的影响越严重。当TDICCD积分级数大于或等于54时,MTF值已下降到95%以下。根据分析结果,提出了基于快速CCD的卫星振动检测方法和基于振镜的卫星振动补偿方法来补偿卫星振动对TDICCD成像质量的影响。在卫星振动检测技术中,提出了一种改进的灰度投影算法来检测卫星振动参量,检测误差不超过0.5个像素。

空间相机热光学分析与试验验证

为了对空间高分辨率相机热设计提出准确的技术要求,基于光学波像差的基本理论,对某高分辨率空间相机的温度场进行热光学分析.在此基础上确定了热控指标,并在真空罐中进行热真空成像试验,验证了热光学分析的正确性和热控指标的合理性.结果表明:最佳焦面位置与相机温度水平的关系近似成线性关系,最佳焦面位置变化量约0.08～0.1mm.℃-1;当温度水平在(20±1)℃之间变化时,像面处在系统焦深范围内,系统传递函数变化量在0.02左右;当径向温差和轴向温差会大于2℃引起最佳焦面位置发生移动,若不调焦,传函会明显下降.

多TDI CCD拼接遥感相机异速成像抗干扰设计

多TDI CCD拼接相机在异速工作模式下,不同通道的CCD图像间会存在相互干扰现象,不同行频差会在图像上产生不同斜率、不同宽度的干扰斜条纹。为了解决此问题,文中对原设计电路系统进行了详细分析和优化设计。首先,从异速时序在不同行周期的相位差别上进行分析,异速模式下不同CCD成像电路时序间存在行频差异,导致各个行周期内CCD个别像元上与其他像元叠加的干扰不一致,是干扰斜条纹产生的原因。然后,采取优化关键信号布线方式、系统地和电源布置、去耦电容接地方式等多方面对电路系统进行了改进,优化多TDI CCD成像系统电路抗异速干扰设计。最后,对改进后的电路系统进行测试,去除干扰斜纹,并将图像均方根噪声水平由21.5 mV降低到4.2 mV。结果表明:采用抗干扰技术,有效地去除了通道间干扰斜纹,提高了图像质量。

随机振动对星载TDICCD影响分析

研究了星载TDICCD的成像机理 ,着重分析卫星扰动引起TDICCD随机振动 ,造成图像质量下降 ,给出了典型的振动传递率和可行的振动抑制方法 为了提高TDICCD减振的能力 ,对TDICCD实施隔振和阻尼抑振控制技术 同时分析了振动控制的基本原理和设计原则 。

离轴非球面加工、检测轨迹优化研究

为实现对用于红外侦察、预警相机中的非球面元件的快速加工,研制成功了具有两种运动方式、双磨头姿态的六轴联动型非球面数控光学加工中心FSGJ Ⅱ。在系统多机构自由度的优势下,对系统加工、检测轨迹进行了优化设计。同时,基于对相邻点面形变化率的比较,借助于一实际矩形离轴非球面,构建了适用于非回转对称离轴非球面加工、检测轨迹的常规方程。