摘要：基于线阵时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)机动成像原理,分析了灵巧卫星在姿态机动过程中动态成像的几何畸变问题。由于地球曲率及姿态机动因素导致像面空间几何映射形状不断改变,通过光线追迹逐点匹配算法推导出了机动成像方式下的空间成像几何关系数学解析表达式。利用小卫星姿态控制系统物理仿真平台对TDI CCD相机机动成像快速几何校正算法进行实验验证,姿态角确定精度与姿态稳定度优于0.05°、0.005°/s。结果表明,在卫星最大扫描角为45°时,所设计的算法能够解决机动成像几何畸变问题,提高成像质量。

摘要：为实现在轨卫星机动成像条带的快速准确拼接和应用,针对高分辨力卫星在轨推摆扫相结合的机动成像模式,提出了一种光线追迹像移匹配数学建模方法。通过对卫星机动过程中的摆角变化、地球表面面型的影响分析,利用摆扫过程中姿态对地指向不断改变导致的交轨方向速度失配量和成像变形量,补偿相机像面各点处的像移量从而进行快速几何校正。利用小卫星姿态控制系统全物理仿真平台对成像进行了仿真分析。分析结果表明,成像过程中随着扫描角的增加,像面上的像移量增大,成像变形情况也变严重。利用均方误差分析仿真成像与实验成像质量,仿真成像与实验成像相差-0.000011左右,较好地满足地面卫星相机成像仿真需求。对不同扫描角下存在速度失配的图像进行快速几何校正,该校正后图像的均方误差变小。该校正方法具有效率高,便于拼接应用的优点。

摘要：针对同轴三反式空间光学遥感器对大口径主反射镜组件的高刚度、高强度、高热稳定性等特殊要求,提出一种基于Cartwheel型双轴柔铰的三点柔性支撑结构。首先利用无量纲方法研究了单个柔性支撑的柔度特性,然后利用有限元方法对反射镜组件的静力学、动力学与热特性进行灵敏度分析,确定了支撑结构中柔性环节的几何尺寸参数,并进行了有限元数值仿真。最后,利用面形值为λ/40均方根(RMS)的非球面镜进行了反射镜组件面形检测实验并利用等效球面镜组件进行了动力学实验。仿真与实验结果表明:当柔性环节尺寸为:壁厚t=8mm,直梁高度h=4mm,直梁长度L=8mm时,在正交三向自重与15℃稳态温升作用下,反射镜面形精度RMS小于12nm;反射镜组件一阶固有频率实验值为296Hz,与仿真结果相差6%,能够满足使用要求。

摘要：结合集成建模法和光线追迹法研究飞轮微振动对相机成像质量的影响.采用集成建模法,建立飞轮微振动的扰动模型、卫星和相机的有限元模型,进行瞬态响应分析,得到6个方向力或力矩单独作用下相机各反射镜随时间变化的位移.采用光线追迹法,由反射镜位移和入射光线,根据折射定律计算折射后光线的位置、方向及与光轴的夹角.由得到像面处的光斑坐标和位移,运用运动统计矩计算系统调制传递函数.结果表明:响应周期与激励周期无关;激励的作用时间长度和采样时间长度均会影响调制传递函数;不同方向振动激励造成的调制传递函数变化的大小不同,而不同方向对包含原光学系统的调制传递函数的影响类似仅振动对调制传递函数的影响;当振动分别作用My、Mz值时衰减最大,达到0.1左右.该方法较理论推导简便快捷,能获取微振动与调制传递函数的关系,为系统优化设计和隔振措施提供参考.

摘要：小型化相机是支持低成本微型飞行器或微小卫星对地观测等多项应用的关键设备,由此提出了一种高分辨率大面阵的小型化成像系统。首先预估了该成像系统用于目标观测的像元分辨率和幅宽。然后阐述了该系统的电子学方案,对其中的关键芯片OV14825的工作原理进行了介绍,并分析了基于FPGA的串行差分数据接收转发的软件设计。最后基于设计的相机样机开展了成像实验,在13m成像距离条件下获取图像分辨率优于0.5mm,而且图像细节丰富,层次分明,证明该方案切实可行。高分辨率大面阵微型相机具有很好的应用价值。

摘要：为了提供机载全天时星敏感器参数设计方法,从光电探测信噪比公式出发,结合Modtran软件中天空亮度数据,推导了适用于星体目标探测的信噪比计算公式,并以探测3.5等、4等、4.5等星为例,重点研究了通光口径、系统F数、曝光时间与探测信噪比之间的变化规律,并给出机载全天时星敏感器相应参数的设计方法。为验证设计方法的正确性,设计了地面原理实验,选择以北极星(视星等2.02等)为探测目标,设计了通光口径83 mm、焦距1 500 mm的全天时星敏感器原理样机,通过地面观测实验,在天空辐射最强时刻对北极星的探测信噪比为6.84 dB,满足理论计算的6 dB指标需求,验证了设计方法的正确性。

摘要：为评估日盲紫外像增强器的带内响应能力及带外截止能力,基于标准替代法,设计并实现了宽光谱大动态范围的日盲紫外像增强器绝对光谱响应测试系统。系统选择宽波段、高亮度、高稳定性的激光泵浦白光光源作为基本光源,与单色仪配合构建了单色辐照场,并采用可溯源于美国NIST标准的硅陷阱探测器作为参考探测器,通过高精度静电计和多种抗干扰手段进行微弱电流测量,实现了对日盲紫外像增强器绝对光谱响应的高精度测试。实验结果表明:系统可覆盖光谱范围200 nm^630 nm,动态范围达106,测试不确定度低于5.5%。该测试系统稳定可靠,精度高,基本满足日盲紫外像增强器筛选的应用需求。

摘要：为实现高分面阵相机对垂直轨道方向的长条带区域一定重叠率的凝视搜索成像,设计了凝视姿态与地速运动互补偿的垂轨凝视搜索模型。通过划分垂轨长条带区域与构建目标三维运动速度,设计成像实时姿态变化与地球自转互补偿的引导策略,计算垂轨自适应搜索成像参数与实时变化指向姿态,并对卫星姿控精度对成像的影响进行了分析。最后,利用姿控三轴气浮仿真系统与CMOS相机对曲面LED目标模拟系统进行等比缩放物理仿真实验。结果表明:垂轨凝视自适应搜索成像参数为0.95时,可实现垂轨方向边缘帧间重叠率为85%、中心帧间重叠率为100%的渐变垂轨长条带成像区域,比全凝视成像区域扩大近4倍,姿控精度和姿态稳定性优于0.05°与0.003(°)s^(-1)时,像移失配量小于0.9pixel,对应的调制传递函数值为0.1559。

摘要：航天相机中的TDI CCD成像单元是相机电子学系统中的关键单元,其测试内容多、覆盖性要求全面。对TDI CCD相机的测试往往采用人在回路的手段,测试人员操作测试软件对被测设备发送指令并判读遥测。人在回路测试方法的优点是测试过程比较灵活,可以针对测试过程中出现的问题及时作出响应。但其缺点是测试时间长,测试覆盖性差且容易引入人为错误。为避免人在回路测试方法不足,本文设计了一种无人值守快速测试管理软件,对测试项目进行合理规划,通过测试程序自主完成所有测试,最终形成测试报告。本软件对成像单元的测试覆盖率达到100%,测试时间较传统测试方法缩短50%。

摘要：将成像光学系统同时用作激光发射天线的共口径设计可有效减轻卫星载荷质量和应对各种突发状况。首先根据激光通信的能量计算链路,分析了激光发射天线的设计要求,明确了激光发射天线与成像光学系统的不同;然后根据特定的成像光学系统给出了3种具有普适性的共口径设计方法,并对这3种方法的性能进行了分析和比较,给出了它们的优缺点和适用范围;最后对所设计的共口径系统进行了发射光束仿真,经过对设计系统加工、装调后进行了室内的成像、通信实验,结果显示发射激光的最小束散角可达18.2μrad,接近系统衍射极限,出射光斑质量良好,接收到的图像与成像系统所成图像肉眼观测无失配。初步证实该共口径设计可实现光学系统的成像和通信任务要求。