空间CCD相机高精度在轨调制传递函数估算

空间电荷耦合器件(CCD)相机在轨调制传递函数(MTF)估算由于噪声影响、边缘方向不够准确以及边缘扩展函数(ESF)构建精度低,而最终导致MTF估算精度低,针对此问题提出了一种适于空间CCD相机的高精度在轨调制传递函数估算方法。先根据CCD动态成像特点建立像移速度模型,求出精确的刃边方向,然后提取出满足要求的刃边图像。在考虑噪声情况下修正调制传递函数理论模型,并提出基于CCD相机传递函数参数模型的线扩展函数构建方法,对构建的线扩展函数进行求导和傅里叶变换得到估算的MTF。实验结果表明,此方法可以高效地在轨估算MTF,与传统方法相比,MTF估算的值提高了28.71%,有效性地提升了在轨MTF估算精度。     

不同光照条件下CCD相机时间噪声和空间噪声的研究

在用CCD相机进行目标探测时,多数情况下目标的背景具有一定的照度,这个照度会对探测结果产生影响。为了了解背景对探测结果的影响,通过建立CCD相机三维噪声模型及其测试系统,在不同光照条件下对CCD相机的时间噪声和空间噪声进行了测量与分析。给出了测试系统的结构框图和部分测试结果,得到了对CCD输出质量产生主要影响的噪声以及时间噪声和空间噪声随光照度变化的规律。测试结果表明：随着CCD相机光敏面光照度的提高,空间噪声和时间噪声均升高,符合CCD相机的实际性能。     

空间遥感相机中心支撑主镜的优化设计

为了设计并加工轻重量、高刚度的用于Ｃａｓｓｅｇｒａｉｎ式空间遥感相机中的主镜，首先根据重量和自然频率的高低优选主镜的背部基体形状。利用有限元法对自重作用下主镜的面型变化进行了分析计算，并对主镜的面型变化进行了Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式数据处理，实验证明分析计算的结果正确合理，同时说明加工工况与相机使用时的装配状态一致的重要性。最后对主镜的背部轮廓形状进行了优化。     

第一讲 空间光学仪器与航天相机

比较系统地介绍空间探测遥感中使用的空间光学仪器如航天相机、成像光谱仪、光谱辐射计、激光主动遥感系统等的工作原理、评价参数和参数校准检测技术。也介绍了为校准空间光学设备而专用的太阳模拟器、地球模拟器以及遥感器辐射定标系统等。     

空间光学仪器及其校准检测技术 第一讲 空间光学仪器与航天相机

比较系统地介绍空间探测遥感中使用的空间光学仪器如航天相机、成像光谱仪,光谱辐射计、激光主动遥感系统等的工作原理、评价参数和参数校准检测技术.也介绍了为校准空间光学设备而专用的太阳模拟器、地球模拟器以及遥感器辐射定标系统等.     

空间污染条件下红外测量相机响应衰减模型的建立与应用

基于某型号大气辐射测量卫星在轨定标实验数据,开展了空间污染物对天基红外测量相机响应性能的影响研究。建立了具有明确物理意义的测量相机灰度响应衰减模型,使用实测数据对模型参数进行了拟合,拟合相对均方根误差小于1%,参数值与其物理意义吻合较好;提出了基于相机线性响应范围与最小辐射分辨率要求双重约束下的空间污染容限确定准则,得出了推荐去污间隔时间为1250 h的结论;给出了利用衰减模型预估任意时刻定标系数的方法,分别利用模型预估定标系数、历史定标系数以及当轨定标系数对测量灰度数据进行了辐射标定,预估定标系数的标定误差小于3%,能够在保证像面质量的同时提高测量精度。     

空间相机自适应曝光

为实现空间相机的自适应曝光,提出了一种根据场景高亮度信息设置曝光参量的测光、解算、成像工作模式.在空间相机前加装大尺度面阵测光相机,在空间相机推扫某一区域前,测光相机首先采用预设的曝光参量获取该区域图像,实测当前区域的高亮度信息;再将该高亮度设为空间相机的饱和亮度,解算空间相机的曝光参量;随着卫星的转动,空间相机采用该曝光参量完成位置区域拍摄成像,实现空间相机的自适应曝光.地面验证实验结果表明:与采用固定的较小的曝光参量相比,本文方法可以减小欠曝光图像数量;根据某次实验结果统计,图像的灰度范围由37提高到253,图像熵显著提高.该方法能够根据当前场景内容充分利用成像系统的动态范围并提高图像的灰度层次和图像质量.     

基于解析法的X光分幅相机静态增益特性仿真

采用解析法对X光分幅相机中微通道板单孔内电子运动、碰壁和二次发射一系列过程进行了建模与求解,依托商业Lorentz-2D软件,得到了二次电子初能量分布、电子碰壁前能量分布、渡越时间分布等仿真曲线。实验测量了分幅相机的静态灵敏度曲线,与仿真结果对比分析表明：光电子首次碰撞深度是影响相机增益的重要因素,给出了修正后的增益与电压关系表达式,定性分析了工作偏压等参数对首次碰撞深度的影响。     

基于解析法的X光分幅相机静态增益特性仿真

 采用解析法对X光分幅相机中微通道板单孔内电子运动、碰壁和二次发射一系列过程进行了建模与求解,依托商业Lorentz-2D软件,得到了二次电子初能量分布、电子碰壁前能量分布、渡越时间分布等仿真曲线。实验测量了分幅相机的静态灵敏度曲线,与仿真结果对比分析表明：光电子首次碰撞深度是影响相机增益的重要因素,给出了修正后的增益与电压关系表达式,定性分析了工作偏压等参数对首次碰撞深度的影响。     

基于有限元法的空间相机CCD电箱热控研究

针对空间相机CCD电箱结构复杂、各个构件工作温度要求在合理的范围之内的状况,提出了一种热控措施,旨在保持CCD电箱的构件在合理的温度范围之内,以满足实际的工作要求。对某空间相机CCD电箱进行了合理的三维建模,通过设定材料属性和边界条件,采用有限元法对CCD电箱的各个构件进行了仿真分析。分析结果表明:CCD电箱的电路板温度范围是66.1～100℃,不满足0～2512的要求,应对电路板采取热控措施使其满足温度要求。通过对热控措施进行计算,保证了电路板温差的稳定性,进而说明了这种热控措施在空间相机CCD电箱中的应用是合理可行的。     

门控分幅相机增益均匀性优化设计

利用宽度渐变微带线进行了门控分幅相机增益不均匀性修正技术研究。建立了渐变微带线修正的物理模型,通过特性阻抗调配补偿幅度衰减,设计了特种渐变微带线参数。比较了特种曲线渐变微带线与传统直线渐变微带线的修正效果。在0~4 GHz带宽范围内,特种曲线渐变微带补偿后,电压幅度不一致性由15.0%降低至1.6%,增益不一致性由70%降低到8%。对于当前使用的分幅相机,微带线宽度由6.00 mm渐变到4.45 mm就能有效地降低门控分幅相机增益的不一致性。     

门控分幅相机增益均匀性优化设计

 利用宽度渐变微带线进行了门控分幅相机增益不均匀性修正技术研究。建立了渐变微带线修正的物理模型,通过特性阻抗调配补偿幅度衰减,设计了特种渐变微带线参数。比较了特种曲线渐变微带线与传统直线渐变微带线的修正效果。在0~4 GHz带宽范围内,特种曲线渐变微带补偿后,电压幅度不一致性由15.0%降低至1.6%,增益不一致性由70%降低到8%。对于当前使用的分幅相机,微带线宽度由6.00 mm渐变到4.45 mm就能有效地降低门控分幅相机增益的不一致性。     

空间CCD相机的定标方法研究

介绍了相机定标的测试方法。通过对空间CCD相机成像时的地物辐射能量进行分析,提出了以成像方式进行相机定标测试的方法,并对数据处理方式进行了分析。     

太阳同步圆轨道空间相机瞬态外热流计算

为了使空间相机热设计、热分析、热试验具备准确、可靠的热边界条件,对太阳同步圆轨道空间相机的瞬态外热流进行了计算。总结了卫星空间定位的6个轨道根数之间的关系,给出了太阳同步圆轨道空间定位的必要参数。针对某给定太阳同步圆轨道,采用STK软件进行了轨道面与太阳光矢量相对位置关系（β角）的计算,确定了该轨道的高、低温工况位置。归纳了空间外热流的理论计算方法,以外接于卫星平台的空间相机为例,建立了外热流计算模型,采用IDEAS/TMG模块对给定太阳同步圆轨道的高、低温工况轨道周期内瞬态外热流变化进行了分析计算,得出了太阳辐射热流、地球太阳反照热流、地球红外辐射热流在轨道周期内的详细变化曲线,得到的结果可以作为空间相机热设计、热分析及地面热试验外热流模拟的输入条件。     

高分辨率空间相机的工程分析

以大型结构设计软件SolidEdge建立了高分辨率空间相机的精确的几何模型, 在此基础上用大型有限元分析软件MSC.Patran建立了相机的有限元模型, 并利用MSC/Nastran对该相机整机进行了工程分析. 其计算结果与试验结果相差10%以内.     

门控分幅相机增益衰减特性

分析了分幅相机增益衰减的理论模型,利用Mathematica软件模拟了增益随电脉冲传输时间指数衰减的曲线图。根据增益衰减理论,设计了测量增益衰减系数的实验。实验结果表明：分幅相机的平均增益按0.024 9 mm-1指数衰减,电脉冲沿微带线传输的电压幅值衰减系数平均为0.003 56 mm-1。得出实验数据中单条微带上增益并不完全符合增益指数衰减规律,而是在最后一帧图的增益有所回升,分析得出这是由电脉冲在微带末端连接处的反射引起的。经多次测量,电脉冲在微带线末端的平均值反射比为24.2％。对增益衰减状况的改善提出建议：采用良导体制作传输线,选取介质损耗小和绝缘性能好的材料作为填充介质,合理设计MCP微带线的厚度、微带宽度及微带与输出面的间距则可减小分幅相机增益的衰减。     

门控分幅相机增益衰减特性

 分析了分幅相机增益衰减的理论模型,利用Mathematica软件模拟了增益随电脉冲传输时间指数衰减的曲线图。根据增益衰减理论,设计了测量增益衰减系数的实验。实验结果表明：分幅相机的平均增益按0.024 9 mm^-1指数衰减,电脉冲沿微带线传输的电压幅值衰减系数平均为0.003 56 mm^-1。得出实验数据中单条微带上增益并不完全符合增益指数衰减规律,而是在最后一帧图的增益有所回升,分析得出这是由电脉冲在微带末端连接处的反射引起的。经多次测量,电脉冲在微带线末端的平均值反射比为24.2％。对增益衰减状况的改善提出建议：采用良导体制作传输线,选取介质损耗小和绝缘性能好的材料作为填充介质,合理设计MCP微带线的厚度、微带宽度及微带与输出面的间距则可减小分幅相机增益的衰减。     

空间太阳望远镜在轨自动调焦的最小图像熵判据

由于复杂的发射状态和动态在轨空间环境以及高达0 1″的角分辨率,所以自动调焦技术已成为太阳空间望远镜在轨图像处理中的关键技术。在分析图像离焦时的状态特性的基础上,提出了一种新的更适用于空间相机的离焦判据———最小图像熵判据。最小图像熵合焦判据更适合于低对比度的天体目标。利用计算机仿真程序演示了给定目标经系统成像的过程,计算了不同离焦状态下的图像熵。这一技术将应用于2005年发射的太阳空间望远镜中。     

基于自准直原理的空间光学成像系统在轨几何定标技术

通过分析成像原理、仿真光学模型和搭建原理样机,讨论了在实验环境下影响自准直定标系统定标精度的主要因素,提出了定标系统在设计和工作中应注意的主要问题,包括像元尺寸选取、像点位置算法、调焦量计算和系统装调误差.根据分析结果对原理样机的定标误差进行了校正,最终实现原理样机的焦距定标精度小于0.4 mm,X、Y和Z方向旋转的定...     

空间相机接触热阻的计算

为了解决空间相机接触热阻难以确定的问题,从接触面传导和辐射换热的角度考虑,给出了其接触热阻的计算方法。根据空间相机的材料、加工、装配及其特殊运行环境,得到一个合理的接触系数范围。以空间相机的正视相机为例,对其结构进行合理的简化,利用I-DEAS/TMG热分析模块建立有限元模型,仿真计算了低温稳态平衡工况,考查了热阻波动对温度分布的影响。正视相机热分析计算结果和热环境模拟试验数据较为吻合,最大偏差为0.45℃。研究结果表明,该接触热阻计算方法合理,可以预测太空环境中干接触的精密加工表面间的接触热阻。