基于热电制冷技术的某星载相机焦面组件热设计

热电制冷(Thermo-Electric Cooling,TEC)技术是利用帕尔帖效应的一种制冷方法,它不需要任何工质,无活动部件,结构简单,非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的场合。文章将TEC技术应用于某星载相机焦面组件的热设计,解决了探测器恒温控制问题。仿真分析结果表明,基于TEC技术的热设计方案在满足探测器恒温控制的同时,控温功耗比传统方案降低了90%。

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。

利用星载相机成像信息进行卫星姿态确定的方法(英文)

随着卫星定姿精度要求的日益提高,仅用常规卫星敏感器已经不能满足高精度定姿要求,针对该问题,提出一种利用星载相机的单点成像信息进行卫星姿态确定的算法,根据相机成像原理推导出卫星姿态角与像点位置的关系,结合数字相机的特殊成像方式,建立了用误差四元数描述的线性相机测量残差模型,并给出联合常规姿态敏感器进行联合姿态确定的方案。仿真结果证明星载相机的信息的引入使得稳态姿态估计精度由0.0026°提高到0.00069,°并且加快了滤波收敛速度。

基于ARM的星载相机新型调焦系统的设计与实现

为了满足小卫星低功耗、小体积、轻量化的调焦系统要求。介绍了一种基于ARM处理器的星载相机调焦系统的控制与实现方法,该系统采用直线位移传感器代替传统的编码器确定焦面位置,ARM处理器接收中心机发送的开环或闭环调焦指令及调焦参数,产生相应的驱动信号使步进电机带动相机CCD焦平面运动到指定位置,保障相机在轨处于最佳的成像状态。实验结果证明,该系统调焦精度小于20μm,满足设计指标要求,已成功应用在星载相机上。

基于功率谱的星载相机在轨自检焦系统

星载相机搭载火箭升空后，由于各种环境因素的影响，会产生超出焦深范围的离焦，因而，对高分辨、大口径、长焦距星载相机实时进行精密检焦是十分重要的。笔者首先针对以往星载相机被动检焦的缺点，利用功率谱不变性，提出基于图像处理的星载相机自检焦设计，其次，在 DSP 硬件平台上实现了自动检焦过程。通过整个系统的测试和运行，系统稳定，系统能够对图像功率谱进行计算，并根据计算结果实时进行自检焦操作，当图像对焦正确时，对应功率谱曲线的峰值点（EFV=17.1）。自检焦系统达到了预期理想的系统设计要求。

一种星载相机EMCCD高压驱动电路设计

介绍了一种星载相机电子倍增CCD(EMCCD)高压驱动电路的设计。该设计基于FPGA,采用直接数字频率合成技术实现正弦码数的发生,并能接收卫星指令信号进行在线调幅和调相;然后通过低压差分信号(LVDS)总线和高速大幅值运放技术,把正弦信号转化为EMCCD所需的高压倍增驱动信号。利用仿真与计算进行电路参数设定,并研制了实物样机。试验结果显示:电路生成的驱动信号相位调整步长为π/8,幅值调整精度优于0.01V。该设计可为国内后续EMC-CD卫星相机的研制提供参考。

星载相机拍摄仿真可视化平台设计与实现

为了对某星载相机空间拍摄任务进行仿真推演,采用对STK的控件进行二次封装的方法建立了空间飞行器及其相机运行的空间环境可视化仿真平台。该平台采用服务器/客户端结构,服务器模拟相机及其空间环境,客户端模拟地面站,并实时显示相机拍摄的图像。为减少服务器、客户端之间的网络流量,建立了工作副本,在维护工作副本的基础上,实现了客户端实时获取并显示服务器端仿真过程中星载相机拍摄的图像。结果证明,该平台仿真效果形象逼真并能满足实时性的要求。

星载相机地面电性能测试系统的设计与实现

根据新型相机结构复杂、载荷多的特点,针对性地设计并实现了一种新型星载相机的电性能地面测试系统。分析并总结了地面测试系统的设计需求,并且针对新型相机测试的全面性要求,设计并实现了整星和多种载荷的模拟接口;针对新型相机测试的可靠性要求,提出了冗余网络切换的测试系统设计方法并解决了数据库访问冲突的问题;针对新型相机测试的安全性要求,提出了针对冗余链路的测试方法和错误注入的测试方法。该系统已经成功配合完成了某高轨型号星载相机的研制,并交付使用。试验证明测试系统功能全面稳定,连续测试72 h误码率为0,能够满足新型相机全面性、可靠性、安全性的测试需求。

线阵 CCD 器件应用于星载相机时应注意的问题

ＣＣＤ器件的可靠度及耐辐照能力关系到ＣＣＤ相机的工作寿命；ＣＣＤ器件的驱动方式及输出直流电平的抑制方法关系到是否充分发挥了ＣＣＤ器件的潜力；静电保护关系到ＣＣＤ器件自身的安全。利用加速寿命试验中获得的数据，通过分析，预估出ＣＣＤ器件的可靠度；分析了高能辐射对ＣＣＤ器件的影响；对模拟及数字驱动进行了分析并指出注意事项；比较了两种常见的抑制ＣＣＤ输出直流电平的方法，提出了应用过程中防静电措施。

激光对星载相机的干扰能力研究

激光辐照到卫星的星载相机光电探测器上会形成干扰光斑,该干扰光斑会使星载相机“致盲”,从而无法侦察到地面部分区域。本文以可见光波段激光辐照星载相机为例,建立了激光干扰星载相机的地面防护能力评估模型,分析了影响防护区域大小的主要因素,定量评估了激光对星载相机的地面防护效能。

基于1553B总线的星载相机地面检测程序通用化设计

1553B总线是一种时分制指令/响应式多路传输数据总线,广泛应用于飞机、舰船和卫星的通信中。目前已有部分星载相机采用1553B总线进行通信,但其命令多样,数据的传输类型也不尽相同,因此,卫星在地面检测时要根据对应的协议进行测试,必要时须对程序进行重新设计、修改,工作量较大。为了解决协议频繁更改带来的测试可靠性问题,文章基于VC编程技术,借鉴程序通用化的设计思想,实现了星载相机1553B总线通信检测程序接口的通用化设计,使地面测试程序得到统一化、通用化,提高了产品的开发效率和可靠性。

高分辨率微型星载相机光学系统的设计及应用

为了克服太空环境的复杂性,满足航天工程的空间使用要求,研制一款2500万像素宽光谱共焦成像的微型星载相机光学系统。该系统适应卫星发射和在轨道运行的恶劣环境,具有抗冲击震动、耐太空高温差强辐射,体积小,质量轻等优点。设计的系统可在450 nm^800 nm的谱段内清晰成像,焦距181 mm,入瞳口径45 mm,视场角10.4°,边缘相对照度0.81,轴上点MTF:0.57@55 lp/mm,0.33@110 lp/mm,畸变1.2%,镜头质量622 g,外形尺寸Φ58.3 mm×117 mm,抗辐照性能≥5 krad。通过温度适应性的模拟和优化,用户进行-30℃^+70℃光学镜头热真空试验,可正常工作。该系统已成功应用于天宫二号伴飞卫星相机中,获得的图像清晰稳定,为空间遥感实验观测发挥了重要的作用。

星载小型CCD相机发展现状及趋势

对各国星载小型CCD相机发展的现状做了综述,分析了小型CCD相机的发展趋势,并对其基本组成及关键技术作了简要描述。

基于MODTRAN模型计算星载CCD相机信噪比

信噪比表征CCD相机的辐射分辨能力,是评价星载CCD相机图像质量的重要参数。传统的相机信噪比计算方法多为构造模型、推导出计算公式、代入器件参数求解,这样的计算没有考虑相机在轨工作的工作环境,结果值较真实值有显著差距。文中利用MODTRAN模型,对相机在轨工作环境的地面与大气的辐射进行了模拟计算,用实测噪声值代替传统的噪声模型进行计算,最大程度地使计算条件符合星载CCD相机实际在轨工作的情况。还综合考虑了不同太阳高度角、地面反射率条件下CCD相机的信噪比变化情况,量化分析了这些客观因素对CCD相机实拍时信噪比可能造成的影响,该分析对选择星载CDD相机拍摄的季节、时辰有参考价值。

偏流角对星载三线阵相机摄影的影响

本文通过介绍偏流角的产生原因以及星载三线阵CCD相机的成像特点,结合具体算例分析了偏流角以及剩余偏流角对星载三线阵相机摄影的影响,提出为了保证三线阵影像的有效立体重叠,必须对偏流角进行修正。

基于点源阵列的星载面阵CMOS相机静态PSF测量

点扩散函数(Point Spread Function,PSF)能够完整表征物空间一点发出的光经过相机系统在像空间的分布特性,是空域图像复原、图像超分等处理的关键先验信息。针对基于点源的星载面阵CMOS相机静态点扩散函数PSF测量受点源相位影响、采样点少的问题,分析了相位模型,建立了相位理论模型模板库,提出了基于相似性度量函数模板匹配的相位确定方法,首次形成一套点源阵列靶标设计及数据处理方法,并对该PSF测量方法进行蒙特卡洛仿真,结果表明文章提出的方法对信噪比变化不敏感,具有较强稳定性,以二维高斯分布标准差衡量,测量精度达到95%。将该方法用于"高分四号"卫星全色CMOS相机的静态PSF测试,证明了该方法在星载面阵CMOS相机静态PSF测试工程应用中的可行性。

星载CCD相机常用计算公式

在进行星载CCD相机系统设计过程中,常常要涉及到天文学、地理学、物理学和数学等学科中的一些计算公式。为便于工作,特收集汇编了这篇星载CCD相机常用计算公式,供从事星载光学遥感方面工作的工程技术人员查阅。 1 电磁辐射 1.1

小型星载红外相机的研制

随着现代航天技术的发展 ,传统卫星开始向质量轻、体积小、任务单一、成本低廉、研制周期短、风险小、能快速灵活发射的微小型卫星发展 ,相应的对有效载荷也提出了微小型化的要求。作为有效载荷的重要部分 ,红外相机的微小型化更是有效载荷小型化的重点和难点。文章对小型红外相机的发展方向进行了论述 ,对红外相机的各个组成部分的小型化发展作了详细的介绍。

偏流角对星载线阵相机CCD拼接的影响

随着航天光学遥感器高分辨率和大视场成像的要求，较大成像视场与CCD器件有限像元数的矛盾在大视场推扫成像相机中日渐突出。为解决这一矛盾，通常采用CCD拼接的方式以达到满足成像的视场长度要求。但当采用焦平面物理拼接方式进行CCD拼接时，地球自转引起的偏流角会造成CCD拼接处产生裂缝。本文分析了由于地球自转所带来的偏流角对星载宽视场线阵相机CCD拼接的影响，为消除偏流角的影响，推导了计算线阵相机CCD拼接时所需最少拼接像元数的计算模型，并给出了计算示例。

星载CCD推帚式相机的像移处理和动态范围控制

电荷耦合器件(CCD)推帚式相机是当前极轨卫星广泛采用的光学有效载荷,特别是时间延迟积分电荷耦合器件(TDI CCD)已被越来越广泛地应用于星载光学有效载荷中。TDI CCD所具有的高灵敏度和信噪比,满足了人们对光学有效载荷越来越高的技术要求,但是随之而来的一系列关键技术问题也给工程技术人员带来了许多麻烦。本文描述了通过调研获得的当前国内外工程界星载CCD推帚式相机的像移补偿和动态范围控制问题的解决方案,并针对极轨气象卫星TDI CCD相机急需解决的关键技术问题-像移补偿和动态范围控制,提出了可行的解决方法。