空间光学遥感器可靠性设计研究

空间光学遥感器是一类特殊的遥感器,其可靠性设计是研制工作的重要组成部分。本文从空间光学遥感器的特点分析入手,介绍了光学遥感器可靠性模型的建立方法。针对空间光学遥感器的特点,从光学遥感器的防污染设计、活动部件设计、单粒子效应防护设计及静电防护设计方面对其可靠性设计进行了有针对性的阐述。

基于全光学路径的遥感相机视轴监测方法研究

为提高光学遥感卫星图像地面定位精度,提出了一种基于全光学路径的相机/星敏感器视轴指向监测方法。方法采用同一基准部件分别建立相机和星敏感器测量通道,基准部件采用激光二极管作为测量光源,经过会聚和准直进入相机/星敏感器光学系统并成像,当相机/星敏感器相对基准部件视轴发生变化时,成像光斑相应地也发生位置移动,进而可以获取相机视轴转动信息;基于所提方法建立了光学模型,利用光线追迹法对相机夹角变化进行仿真与分析,并与理论分析结果进行对比。结果表明,方案可以满足高精度的相机视轴监测。

基于激光遥感的酒驾遥感探测技术研究

为了更精确定量遥测酒驾人员呼出气体中的酒精气体浓度,采用同时测量酒精气体浓度和水汽浓度且同步获取车内酒精气体稀释系数的双谱段定波长激光遥感探测方法,进行了酒精浓度、水汽浓度的反演算法以及稀释系数计算的理论分析和对吸收光谱的实验验证,取得了酒精气体和水汽光谱吸收特性,确定了所用激光波长为1392nm和1412nm。结果表明,该方法可以排除水汽干扰且获得酒气稀释系数,可更精确定量测量呼出气体中的酒气浓度。

空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术

遥感相机光学系统畸变系数作为影响相机在轨成像质量的关键因素,其检测精度一直以来都是遥感相机研制过程中的核心环节。传统的测角法主要依靠高精度二维转台,实现了光学系统视场角与像高之间的精准对应,该方法对测试设备和测试环境要求苛刻。随着相机焦距、口径和体积的增大,对于转台设备的尺寸与测量精度也日渐提升,单纯依靠提升测试设备性能无法满足后续各类高性能遥感相机的研制需求,尤其对于垂直装调类超大口径空间高分辨率光学系统,该方法不可行。在传统精密测角法的基础上,提出一种基于干涉原理的空间高分辨率光学系统几何畸变标定技术,相比于传统的精密测角法,该方法在同等测试精度的基础上,具备更广泛的适用性,其不再受限于测试设备的尺寸与精度限制,可同时满足各种类型遥感相机的畸变测试需求。文中详细介绍了该畸变测试方的基本原理、测试方法与误差链路,并对该畸变测试方法进行了应用验证,将结果与传统畸变测试方法进行对照,表明该方法的测试精度满足遥感相机的研制要求且适用范围更广,对航天长焦距大口径遥感相机研制及畸变测试有参考借鉴意义。

空间光学遥感器精密次镜调整机构设计及试验

随着空间光学遥感器地面分辨率逐步提高,长焦距、大口径相机成为重点研究方向。为了克服重力变化、复合材料变形等因素带来的天地不一致性的问题,次镜调整成为校正光学遥感器离焦和主次镜相对位置变化的关键技术之一。将次镜柔性支撑、精密直线驱动与柔性铰链传动技术相结合,设计了一套高精度次镜调整机构。首先介绍了该套机构的光机构成、工作原理及传动链路,然后对超轻次镜、高精度直线致动、高精度调焦传动等设计分别进行了阐述,最后介绍了力学环境试验后的调整精度测试情况。试验结果表明,该套精密调整机构实测调整行程大于±120μm,轴向调整步距精度0.18μm(3σ值),调整行程内次镜的最大平移误差为1.30μm,最大倾斜误差为1.93″,具有调整范围宽、调整精度高的特点,满足空间光学遥感器精密次镜调整的要求,已成功在轨应用于北京三号B卫星0.5 m级高分辨率空间相机。

融合空洞空间金字塔池化和注意力的轻量化遥感影像道路提取

针对高分辨率遥感影像中道路形状结构错综复杂,出现窄小型道路提取错误或漏分的问题,提出一种基于空洞空间金字塔池化和注意力机制的轻量化遥感影像道路提取方法。首先,在原始高分辨率网络(HRNet)基础上,通过引入空洞空间金字塔池化模块,实现多尺度道路信息融合;再引入挤压激励通道注意力机制,增强网络特征表征质量;最后使用深度可分离卷积方法改进网络残差模块实现模型轻量化,以降低模型计算复杂度。在公开数据集上进行了模型性能测试,实验结果表明,文章所提算法的准确率、精确率、召回率、F1分数和平均交并比,相比原始HRNet分别提升了5.35%、2.15%、4.1%、3.15%和14.34%,且减少了36.1%的参数数量;相比其他网络,该算法突出了细小道路的特征,道路预测结果连续性、完整性好,并且模型小易于部署在实时检测设备中,有效改善了道路提取任务中错分和缺失的情况,是一种适应性更强、分割精度更高、更轻量化的多尺度道路提取算法。

航天光学遥感探测器滤光片环境考核方法

滤光片是航天光学遥感探测器的关键部件,其环境稳定性直接影响到探测器的光谱响应特性。文章以现有的航天器、电子元器件、光学膜层等环境考核标准为基础,参考欧空局、DALSA(加拿大数字影像器件公司)等的考核条件,并结合在遥感相机研发生产过程中与滤光片相关的环境考核项目,首次提出了一套针对航天光学遥感探测器滤光片的环境考核方法,给出了考核项目、考核流程、参考试验条件、测试项目、测试方法。考核项目包括高低温循环、热真空、热存储、湿度、辐照考核;测试项目包括光谱特性测试、膜层牢固度测试。该方法已在遥感型号产品上实施并得到在轨和地面试验验证,可作为滤光片环境考核的参考。

空间遥感器光机扫描控制器测试系统的开发与实现

为提高遥感器光机扫描控制器的研制效率,针对目前空间扫描系统常用的执行、测角反馈部件,研制一套测试系统,用于对扫描系统的动力学运动特性参数、角度测量特性进行测试,同时根据测试信息快速开发控制器,形成开发-测试的闭环,提高控制器开发的精确性;根据设计需求,对测试系统的结构、具体参数,快速原型机的构成、实时硬件开发平台,以及信息集成平台的结构进行了详细介绍;利用直流无刷电机、旋转变压器模拟系统以及快速原型机对系统进行了模拟测试,证明测试系统可有效进行遥感器扫描系统控制器的快速测试及开发。

空间多光谱成像的旋转滤光轮机构动力学试验研究

分时获取不同谱段的光谱信息是空间多光谱成像的前提。为了满足卫星相机多光谱成像中的光谱细分要求,设计了一种高精度、高稳定性分光器装置,通过周边安装的步进电机驱动大尺寸角接触球轴承实现滤光片频繁的切入切出运动。采用数值模型与模态试验方法验证机构的动力学特性,根据正弦扫频及随机振动试验分析滤光轮机构在卫星发射阶段的有效性,一种地面微振动试验用以描述滤光轮机构的在轨稳定性。数值分析与试验结果表明,旋转滤光轮机构满足发射安全性与在轨稳定性需求。这类周边驱动大尺寸薄壁轴承的新型旋转滤光轮为大口径卫星相机的空间应用提供了一种新途径。

二次量化技术在像素级数字积分探测系统中的应用研究

像素级数字积分探测是一种新型的红外探测技术,其具备电荷处理能力高、动态范围大等特点,能够有效提升红外系统探测灵敏度,在各类红外弱信号探测领域具有巨大的应用潜力。像素级数字积分技术中的二次量化技术,可对在总噪声中占比较大的量化噪声进行有效抑制。对像素级数字积分探测系统中的量化步长进行优化设计以及对二次量化技术进行研究,分析量化步长的改变对像素级数字积分红外探测系统性能的影响;分析二次量化的原理及特点,研究其在应用中的关键参数设计,从而推动二次量化技术的发展,实现像素级数字积分探测系统更高灵敏度探测应用。

航天大视场遥感相机畸变测试方法

航天遥感相机的畸变作为相机的重要参数,其测试精度直接关系到相机获取图像后的图像处理精度。对于航天非测绘遥感相机,在设计之初往往对其光学系统的畸变设计要求没有测绘相机高,其光学系统的畸变一般会比较大,需要对此类遥感相机,特别是视场较大的遥感相机的畸变进行精确测试,为其在轨飞行检校提供比较精确的初始条件。文中在经典的精密测角方法的基础上,建立了针对大畸变航天遥感相机的数学模型,针对视场较大、弧形畸变较大的测试难点提出了合理可行的测试思路,完成了被测相机的高精度畸变测试,取得了理想的效果。实际测试结果表明:畸变测试精度优于1.8μm(1σ),可以满足被测相机的高精度畸变测试需求,对航天非测绘大视场遥感相机畸变测试有参考借鉴意义。

资源一号02D卫星可见近红外相机技术与验证

资源一号02D卫星主载荷可见近红外相机可以获取2.5m(全色)/10m(多光谱)地面像元分辨率影像、115km大幅宽地面景物,具有1个全色和8个多光谱谱段。为满足多谱段图像信息获取的需求,可见近红外相机从光学系统设计入手,通过采用双通道成像方式实现一台相机设置9个光谱谱段。研制过程中攻克了四色探测器的研制、双通道谱段间的配准、高集成电路设计、光机结构高稳定性设计等关键技术,有效地保证了相机的高性能指标。通过地面测试和在轨运行情况表明:相机设计合理,相机功能、性能满足研制要求,在轨图像品质优异。

Bipod支撑大口径反射镜的零重力面形测试技术

双脚架结构具有静定支撑的特点,可以隔离机械附加载荷,因此成为大口径空间相机反射镜组件的常用支撑形式之一。在地面装调时,采用双脚架支撑的反射镜的面形因重力作用而下降。空间相机入轨后,随着重力变形的释放,反射镜面形会再次发生改变。有限元分析方法评估反射镜组件的重力误差,其精度难以达到高质量高分辨率成像的要求。同时,反射镜加工过程中使用的重力卸载方案也难以沿用至组件阶段。针对重力误差测试过程中装配误差与三叶像差混叠以及检测光路对球差测试精度不足的问题,提出了翻转与卸载相结合的测试方案。基于不同像差的正交性,可以进行分别测试来逐项获取各像差。通过反射镜组建的翻转测试,分离装配误差与重力误差中的三叶像差。设计一定精度的卸载装置,通过卸载前后的对比测试,得到重力造成的球差等旋转对称像差。采取上述方案可以实现对全部重力误差的实测。利用1.3 m口径高轻量化反射镜组件进行了测试验证,其重力误差面形rms和在轨面形rms分别为0.192λ(λ=0.6328μm)和0.023λ。

激光跟踪仪检测大口径非球面方法研究

大口径非球面反射镜研磨阶段,在准确测试几何参数的同时,面形也要达到一定的精度要求。利用数值模拟测试过程的方式,评估了使用三坐标测量仪和激光跟踪仪轮廓检测几何参数及面形的精度。针对2m口径抛物镜的检测指标要求,提出了一种有效的轮廓检测方法。使用4台激光跟踪仪搭建了多边测量系统,采用Levenberg_Marquardt算法进行系统标定,利用新型靶球实现多台跟踪仪对镜面点的同步快速采集,对测试数据进行平差和坐标系转换处理,最终获取几何参数和面形。2m口径抛物镜研磨完成后进行了测试,顶点曲率半径、非球面系数、面形rms的误差分别为0.16mm、0.0006、1.06μm。

新型深空高光谱衍射计算成像探测技术(特约)

光谱成像技术是深空探测领域的重要技术手段,可服务于多种空间科学实验。针对深空探测领域对光谱载荷的高稳定性、高光利用率的需求,提出一种新型深空高光谱衍射计算成像探测技术,将衍射光谱成像技术和光场成像技术结合,解决衍射光谱推扫成像系统中探测器需要大范围扫描问题,实现一次拍照获取目标空间信息和光谱信息,即快照式成像。这对未来深空探测高光谱成像仪的设计和研究具有指导意义。

基准星辐射定标的辐射传递链路研究

为进一步提高遥感信息定量化应用水平,提高在轨辐射定标精度和定标频次,提出一种基于基准星的全谱段、全口径在轨绝对辐射定标方法,方法适用于可见近红外谱段;定标传递中辐射基准可溯源至SI(国际单位)。通过比较现有定标方法和基准星辐射定标的优缺点,分析基准星辐射基准溯源特性,建立太阳-基准星-遥感器的辐射传递模型,以高分一号和高分二号卫星为例,其作为待定标遥感器,对基准星定标的约束条件进行仿真分析,得出基准星辐射传递不确定度为1.3%。仿真结果验证了基准星定标方法的可行性,对遥感器辐射定标精度、频次的进一步提高提供了依据。

低轨道遥感相机光机热一体化分析及优化设计

低轨道卫星热环境复杂恶劣,对遥感相机光机结构的热性能提出了严格要求。本文提出了一种基于在轨温度场的光、机、热一体化仿真分析方法,以某低轨道卫星相机为例,分别采用Thermal Desktop、MSC Patran/Nastran、Code V构建热分析模型、结构有限元分析模型、光学分析模型,分析得出了相机单次成像时间内最极端工况下各反射镜的平移、倾斜及镜间距变化量等结构变形特性,计算了光学系统MTF的变化,并剖析了系统传函的主要影响因素。然后从主承力结构的结构参数出发进行了优化设计,优化结果表明主承力结构线胀系数在(5~5.5)×10^(-6)时系统热特性最优,系统传函满足指标要求。

轻小型掩膜式光谱光学系统

掩膜式光谱仪通过分光镜,将入射场景分为空间维和光谱维两路分别采集,然后对其进行信息融合,实现光谱高动态视频信号的获取,在动态高光谱成像领域具有广泛的应用价值。为了解决掩膜式光谱仪轻小型化问题,针对光谱光学系统部分,进行镜片数量的精简化设计,采用光栅替换传统棱镜,在实现线性色散的同时使结构进一步紧凑。并针对光栅无用级次产生的杂散光问题进行分析,论证了系统设计的可行性。最终设计的系统在400~1 000 nm范围内,光谱分辨率均小于4 nm,全视场奈奎斯特频率处平均调制传递函数(MTF)均大于0.4,像面照度均匀性高于0.9,实现良好像质;同时杂散光产生的信噪比为0.06,不影响光谱信息的采集。

空间相机温控系统的软件设计思路与方法

从系统描述、温度标定与解算、温控策略、软件设计与实现等方面详细介绍了空间相机温控系统软件的设计思路与实现方法。本文主要考虑测温精度和测温范围,兼顾工作量和存储空间,选择合适的标定拟合方法和拟合次数。根据系统特性和控温精度的要求,选择合适的温控策略。实践证明,该方法具有测温、控温精度高,占用程序空间小,可移植性好等特点,在空间相机温控系统软件设计中具有一定的通用性。

高分七号双线阵立体测绘相机系统集成与测试

2019年11月3日发射的高分七号立体测绘卫星搭载了前、后视两台高分辨率遥感相机,分别从前、后两个方向对地面同一景物进行不同角度的观测,从而形成立体测绘影像。在立体测绘相机的实验室研制阶段,需要确保双线阵相机的线阵水平、共焦一致性、内方位元素与畸变的高精度测试。为了满足高分七号双线阵相机上述技术指标的要求,采用了计算机辅助焦平面快速装调方法以及高精度内方位元素与畸变测试方法,所用方法提高了装调与测试效率,保证了测试精度,相机共焦性优于±0.04 mm,线阵水平优于±1′,畸变测试精度优于2.3μm,可为其他大比例尺测绘遥感相机的研制提供参考。