微小卫星高分辨率相机CCD焦面组件热控制

为了保证微小卫星高分辨率遥感器相机的成像品质,需控制焦面组件的温度水平及温度稳定性,特别是焦面CCD光学探测器件的温度控制。首先提出以相变储能与超低刚度柔性导热索相结合的焦面组件精密热控方法,对相变储能装置与石墨柔性导热索的设计及参数选取进行详细介绍;然后,建立焦面组件的热仿真模型并进行温度计算;最后,在真空环境下进行了热试验。计算与试验结果表明,焦面CCD器件长期温度为15~18.5℃,工作温升速率为0.33℃/min,具有良好的温度水平与温度稳定性;热控补偿功率≤4.8 W,约为焦面组件发热功率的1/10,可节省卫星能源消耗,验证了焦面组件热控制方法的正确性。

时间延迟积分CCD空间相机信噪比的影响因素

为了定量评估影响时间延迟积分(TDI)CCD空间相机信噪比的因素,研究了TDICCD空间相机成像机理和噪声来源,建立了相机的信噪比模型。分析了辐射亮度、积分级数、行频和系统增益(模拟增益)对信噪比的影响。搭建了实验室辐射定标系统,模拟了相机在轨工作时的辐射亮度条件。通过辐射定标对不同工作参数与相机信噪比的关系进行了验证。结果表明:对于TDICCD相机来说,光子散粒噪声、暗电流噪声和固定图形噪声在诸多噪声中起主导作用。相机的输出信号和信噪比均随着辐射亮度、积分级数和系统增益的增加而增大,随着行频的增加而减小。辐射亮度、积分级数、行频和系统增益对信噪比的影响量不同。具体来说,即当辐射亮度、积分级数和行频变化量分别为L倍、M倍、τ倍时,其导致的信噪比变化量略大于L1/2倍、M1/2倍、τ-1/2倍。系统增益只能在相对较小的范围内影响信噪比,且信噪比变化幅度随着增益的提高逐渐减小。

高信噪比星载CCD成像电路系统

为获得高信噪比的航天遥感图像,针对CCD成像系统链路分析了影响图像信噪比的主要因素。结合CCD成像系统的响应模型,明确了系统信噪比的表达式,并摆脱了具体CCD型号的束缚,提出了一种"总-分-总"的高信噪比成像电路系统通用设计方法。描述了系统从顶层总体设计、底层各电路模块设计以及全系统联试的完整研制方法。将该方法应用于吉林一号卫星高分辨率多光谱CCD成像电路系统的设计中,并对成像系统进行了辐射定标试验,获得了高信噪比的图像数据。结果显示:在灰度为80%饱和输出时,获得的全色图像信噪比达到了53.9dB,多光谱图像的最高信噪比达到了56.3dB,且图像数据经融合后色彩真实、绚丽。本文的CCD成像电路系统设计方法能够为其他航天遥感载荷的电路系统设计提供参考。

空间相机大功率CCD器件的热设计与热试验

对空间相机大功率CCD器件进行了热设计以解决其散热问题,为了验证热设计的合理性进行了CCD焦面组件的热试验。首先,介绍了以传导为主要散热措施的CCD器件热设计方案,CCD器件的热量主要通过热管传递到冷源;然后,针对整个焦面组件进行了试验规划,特别对模拟冷板进行了专门设计;最后,在真空环境下进行了综合试验。试验结果显示,功耗为10W的CCD器件连续工作70min,在12℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件的温度<35℃。该试验验证了CCD焦面组件热设计的合理性,并为焦面组件热分析计算模型修正提供了依据。

大视场空间相机CCD性能测试及筛选方法

空间相机使用CCD拼接技术组成长焦平面,可有效地增加空间相机的视场和幅宽。拼接CCD之间的性能差异会影响空间相机的成像质量,为了在大视场空间相机研制时挑选高性能且性能一致的CCD,提出了一种大视场空间相机CCD性能测试与筛选方法。首先,介绍了CCD的成像电路设计、以及CCD光谱特性和辐射特性的测试方法。然后,介绍了CCD的筛选流程,第一步是从各CCD裸片的几何特性、信噪比、相对光谱响应、响应非均匀性、非线性、暗电流以及动态范围等角度进行筛选,将不满足指标的CCD剔除,第二步是依据辐射响应一致性筛选出满足要求的CCD,通过数据分析比较得出饱和辐照度筛选法优于响应度筛选法。最后,采用饱和辐照度筛选法从10片CCD中筛选出饱和辐照度一致性最好的4片CCD,饱和辐照度相对偏差为0.23%,该组CCD已经被应用于某大视场空间相机的研制,并获得了良好的效果。

多姿态变化相机中CCD焦面组件的热设计

为保证CCD器件处于较小的温度波动范围,针对具有多姿态变化特点的空间相机,进行了CCD焦面组件热控系统的设计。根据具有不同温度膨胀系数的材料遇热变形不同的原理,设计了该热控系统的关键部件-热开关。基于轨道分析计算所得到的地球阴影数据和太阳矢量方向变化的情况,考虑了相机本体的遮挡关系,并结合相机姿态变化的特点,提出了由热开关控制双辐射板散热的方案,对此热控系统进行了具体的热设计。利用TMG软件建立相机的热模型并进行了计算机仿真。结果显示,仅采用被动热控措施的CCD焦面组件温度波动为12.34℃,而同时采用主动、被动热控措施后温度波动减小为1.73℃,满足热控指标的要求,表明热设计合理、有效。

高分辨力TDI-CCD遥感相机的特性分析

首先简要陈述了提高线阵 CCD遥感相机地面像元分辨力的几种有效途径 ,接着分析它们对相机灵敏度特性的影响。为了解决相机分辨力与灵敏度之间的矛盾 ,对几种高灵敏度 CCD进行简要分析 ,其中重点对 TDI- CCD的工作原理和主要特性进行详细分析 ,发现 TDI- CCD不仅具有高灵敏度 ,而且对于相机的分辨能力、信噪比和响应非均匀性等特性都有不同程度的改善。从而使 TDI- CCD成为解决遥感高分辨、轻型化的主要技术途径和关键技术措施。

轻型空间CCD相机模态分析及结构建模方法研究

文章以大型结构设计软件Pro/E、前后处理软件PATRAN及分析软件NASTRAN为基础 ,研究了轻型空间CCD相机的结构建模方法 ,建立了相机的超大规模有限元模型 ,并对该相机主要零部件及整机等多种状态进行模态分析 ,在验证该相机结构设计的合理性的同时有效地改进了设计。

TDI-CCD高分辨率空间相机多功能调焦控制系统

为了提高TDI-CCD高分辨率空间相机离焦补偿的可靠性,保证相机的图像质量,提出一种多功能调焦控制系统。首先,详细分析离焦补偿的需求,提出位置闭环、温度闭环、图像闭环和位置开环四种调焦方法;然后,介绍系统的构成及工作原理;最后,对四种调焦方法进行设计和实验验证。实验结果表明:位置闭环调焦控制误差不大于1.3μm,温度闭环调焦控制误差不大于1.4μm,图像闭环调焦控制误差不大于2.3μm,位置开环调焦控制误差不大于3.4μm,四种调焦方法的控制误差满足系统设计要求,有效地提高了TDI-CCD高分辨率空间相机离焦补偿的可靠性。

空间CCD相机辐射标定方法的应用研究

为了使空间CCD相机对不同辐亮度的地面目标获得合适的推扫图像,根据空间相机实际工作环境计算出不同使用条件下相机入口处辐亮度.在地面建立了CCD相机辐亮度标定装置,并对此装置的传递可靠性指标进行了测试,总误差不大于5.3%,可以在地面对CCD相机进行辐射标定.实验结果表明:相机入口处辐亮度计算准确,通过地面标定,可在实际工作环境下获得最佳的最终图像.

基于CPLD的空间面阵CCD相机驱动时序发生器的设计与硬件实现

在分析e2v公司的CCD47-20 Backthinned NIMO型CCD器件驱动时序关系的基础上,设计了可调帧频和曝光时间的空间面阵CCD相机驱动时序发生器及其硬件电路.选用可编程逻辑器件作为硬件设计载体,使用VHDL语言对驱动时序发生器进行了硬件描述.针对ALTERA公司的EPM9400LC84-15对设计进行了RTL级仿真及配置,完成了时序发生器的硬件电路.硬件实验结果表明,所研制的驱动时序发生器不仅可以满足空间CCD相机的驱动要求,而且还可以调节帧频和曝光时间.

TDICCD相机像质综合评价研究

基于对影响航天相机成像质量诸多因素的综合考虑,文章试图从一个新的角度提出用MTF与SNR的乘积大于或等于9来综合评价航天相机成像性能的方法,为研制轻型航天相机提供参考。

基于FPGA的空间面阵CCD相机驱动时序发生器与下位机的一体化设计

在分析e2v公司的CCD47-20 Backthinned NIMO型CCD器件驱动时序关系的基础上结合空间面阵CCD相机电子系统的总体要求,完成了基于FPGA的驱动时序发生器与下位机一体化设计。选用FPGA器件作为硬件设计栽体,使用VHDL语言对一体化的时序与控制通系统进行了硬件描述。针对ALTERA公司的FPGA器件EPlC6Q240C8对设计进行了RTL仿真及配置,完成了一体化系统的硬件电路。硬件实验结果表明,所研制的基于FPGA的一体的时序与控制通信系统不仅可以满足CCD芯片和视频处理的时序要求,还可以与CCD相机上机进行可靠的串行通信,监测和控制相机的工作状态.

基于多片空间后方交会的4波段CCD相机检校

航空摄影测量以及无人机摄影等高空摄影作业对CCD相机的各种几何光学参数有很高的要求,参数的一个毫米或者一个像元的误差往往会导致地面数米甚至数十米的误差,因此相机参数的高精度检校是航空摄影测量数据几何处理的关键步骤。使用直接线性变换(DLT)、单片空间后方交会以及多片空间后方交会的方法对成像仪进行检校,并进行比较分析得出多片空间后方交会优于单片空间后方交会的结论,利用像点坐标差和多片空间前方交会的方法进一步验证了多片空间后方交会检校结果的可靠性和精确性。

航天CCD相机焦面位置地面标定方法研究

为了在地面试验阶段准确标定出航天CCD相机在轨成像时的像面位置,提出了一种基于自准直干涉测量原理和调制传递函数测量原理的航天CCD相机焦面位置的地面标定方法。介绍了该方法的原理和实施过程,并以口径1m、焦距20m的平行光管标定口径600mm、焦距6m的航天CCD相机为例,分析并计算了新标定方法和已有标定方法的标定精度。结果表明:新标定方法的标定精度优于0.006mm,是已有标定方法标定精度的5倍至10倍,能够满足现阶段所有航天CCD相机的焦面位置的标定精度要求。

基于多片空间后方交会的CCD相机检校

近年来,CCD相机逐步应用于近景摄影测量、低空摄影测量。影响摄影测量成果精度的重要因素之一是相机的技术参数,因此相机技术参数的检校是保证成果质量能否满足精度要求的关键问题之一。文中通过单片空间后方交会和多片空间后方交会的比较试验,分别对两种方法实施了精度分析和可靠性分析,总结得出多片空间后方交会是一种更为可靠的CCD相机检校方法,且运用多片空间前方交会方法进一步验证了多片空间后方交会检校成果的可靠性。

空间相机焦平面CCD交错拼接重叠像元数计算

针对大视场空间相机焦平面采用的多片CCD交错拼接,提出了一种适用于多种姿态模式的重叠像元数解析计算方法,以保证空间相机成像视场中不出现漏缝。分析了CCD交错拼接的成像特性和产生漏缝的原因;基于空间坐标系变换和中心投影共线方程建立了重叠像元数计算模型,对像点、相机摄像中心、地面景物点建立动态数学关系,通过追踪像点在像面上的运动轨迹计算了拼接缝像元重叠情况。结合实际工程样例,计算和分析了空间相机机动角度、星下点纬度、视场位置等因素对重叠像元数的影响,并将各工况下计算的最多漏像元数作为最终拼接量。结果表明:重叠像元数理论误差小于1pixel;对比侧摆,俯仰成像时所需拼接像元数更多;该计算模型可扩展应用于其他类型空间相机在任何姿态模式下的重叠像元数计算。

空间相机CCD电箱结构设计与分析

空间相机CCD电箱必须经受严酷的应用环境考验,综合考虑了空间热环境、电磁兼容性及结构轻量化的要求,对某大口径空间相机CCD电箱进行了结构设计与分析。运用计算机辅助工程分析(CAE)技术,对CCD电箱进行了线性静力分析、均匀温升分析和模态分析。分析结果表明:过载及10℃均匀温升工况下CCD电箱最大应力为77.8,远远小于材料屈服应力。结构一阶固有频率149,改进后一阶固有频率提高到281,说明电箱组件具有足够高的静动态结构刚度和热尺寸稳定性,能够满足空间应用要求。

机械拼接时间延迟积分CCD空间相机的振动参数检测

为了获取空间相机在轨摄像期间的振动幅频特性,提出了一种基于TDICCD拼接技术的空间相机振动参数检测方法。根据TDICCD拼接原理,利用拼接结构中的重叠成像区域在不同时刻对同一景象成像,通过灰度投影算法对所成图像进行比对求取相对偏移量,拟合偏移量数据,进而根据拟合结果计算出空间相机振动参数。实验结果表明:对于一维单一频率的振动,频率相对误差小于0.5%,振幅绝对误差小于1个像元;对于一维混合频率的振动,频率相对误差小于3%,振幅绝对误差小于2个像元;对于沿推扫方向和垂直推扫方向均为单频振动的二维振动,频率相对误差小于1%,振幅绝对误差小于2个像元。实验结果验证了检测方法的正确性,达到了不增加额外设施,仅利用相机自身结构就能精确测量相机振动参数的目的,并为后续图像复原提供了数据基础。

单个CCD摄像机大视场测量方法

介绍了单个CCD摄像机大视场测量方法系统的搭建及测试情况。试验系统主要包括:控制主机,CCD摄像机,CCD摄像机云台,大拍摄板,以及自行设计的数据处理程序。进行的光点坐标精度测试表明各光点的测量精度基本达到60μm以内。