空间相机设计与试验
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中国航天科技集团公司第五研究院
中国航天科技集团公司第五研究院
单位代码：83266 联 系 人：蒋耀光 联系电话：(010)68379368、68745111 通信地址：北京 9628 信箱 57 分箱 邮政编码：100086 E-mail: jiangyg@ 单位网址：/
一、单位简介 中国空间技术研究院成立于 1968 年 2 月 20 日，隶属于中国航天科技集团公司。经过 40 余年的发展，已成为中国主要的空间技术及其产品的研制基地，是中国空间事业最具实 力的骨干力量。主要从事空间技术开发、航天器研制、空间领域对外技术交流与合作，航天 技术应用等业务领域。还参与制定国家空间技术发展规划，研究有关探索、开发、利用外层 空间的技术途径，承接用户需求的各类航天器和地面设备的研制并提供优良的服务。 1970 年 4 月 24 日，中国空间技术研究院成功研制并发射了中国第一颗人造地球卫星— —东方红一号，开创了中国探索外层空间的新纪元。2003 年 10 月，神舟 5 号飞船载人飞行 获得圆满成功，使中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，树立了中国航 天史上一座新的里程碑。2007 年 10 月，嫦娥一号月球探测器进入环月轨道，实现了中华民 族千年的飞天梦想——嫦娥奔月。2008 年 9 月，神舟七号成功实现中国航天员首次空间出 舱活动。截至目前，我院研制并成功发射了 80 余颗不同类型的人造卫星、4 艘无人试验飞 船，3 艘载人飞船和 1 颗月球卫星，形成了以通信广播卫星、返回式遥感卫星、地球资源卫 星、气象卫星、科学探测与技术试验卫星、导航定位卫星和载人飞船七大航天器系列为主的 航天器研制业务。 我院下设多个研究所和工厂，拥有 1 家上市公司和 1 家投资控股公司，建立了 6 个国家 重点实验室。现有职工一万余人，全院具有高级技术职称的人员 1700 余人，拥有一批国内 外知名的空间技术专家，一大批正在茁壮成长的航天新生代为中国空间事业的持续发展奠定 了坚实的基础。 我院十分重视空间技术专业领域人才的培养。自 1978 年招收研究生以来，已经形成学 科专业齐全，管理体制配套的硕士、博士和博士后高层次人才培养体系。现有博士学位授权 专业 4 个，硕士学位授权专业 17 个，博士后科研流动站 3 个。现有 8 名两院院士、12 名国 家级有突出贡献的专家，博士生导师 100 人，硕士生导师 300 余人。拥有包括语音教室、多 媒体电化教室、计算机房在内的研究生专用教室和研究生宿舍，研究生基础课学习阶段集中 授课，努力提升培养质量，营造完善的成才机制和浓厚的学术氛围。 我院地处中关村高科技园区，有良好的科研、实验条件，环境优美，设有“航天科技集 团公司研究生奖学金”和我院“中国空间技术研究院研究生奖学金”，每年评选一次。同时， 我院还与美国、俄罗斯、乌克兰、日本、英国、澳大利亚等国家多所大学签订了联合培养协 议，每年选派优秀在读研究生赴国外进修一年，回国后进行论文答辩。 我院有许多充满荣誉与挑战的研究项目和工作，等待着同学们在学成之后大展才华，为 创造“中国航天”的更加辉煌贡献力量！
单位代码：83266 联 系 人：蒋耀光 联系电话：(010)68379368、68745111 通信地址：北京 9628 信箱 57 分箱 邮政编码：100086 E-mail: jiangyg@ 单位网址：/
一、单位简介 中国空间技术研究院成立于 1968 年 2 月 20 日，隶属于中国航天科技集团公司。经过 40 余年的发展，已成为中国主要的空间技术及其产品的研制基地，是中国空间事业最具实 力的骨干力量。主要从事空间技术开发、航天器研制、空间领域对外技术交流与合作，航天 技术应用等业务领域。还参与制定国家空间技术发展规划，研究有关探索、开发、利用外层 空间的技术途径，承接用户需求的各类航天器和地面设备的研制并提供优良的服务。 1970 年 4 月 24 日，中国空间技术研究院成功研制并发射了中国第一颗人造地球卫星— —东方红一号，开创了中国探索外层空间的新纪元。2003 年 10 月，神舟 5 号飞船载人飞行 获得圆满成功，使中国成为世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家，树立了中国航 天史上一座新的里程碑。2007 年 10 月，嫦娥一号月球探测器进入环月轨道，实现了中华民 族千年的飞天梦想——嫦娥奔月。2008 年 9 月，神舟七号成功实现中国航天员首次空间出 舱活动。截至目前，我院研制并成功发射了 80 余颗不同类型的人造卫星、4 艘无人试验飞 船，3 艘载人飞船和 1 颗月球卫星，形成了以通信广播卫星、返回式遥感卫星、地球资源卫 星、气象卫星、科学探测与技术试验卫星、导航定位卫星和载人飞船七大航天器系列为主的 航天器研制业务。 我院下设多个研究所和工厂，拥有 1 家上市公司和 1 家投资控股公司，建立了 6 个国家 重点实验室。现有职工一万余人，全院具有高级技术职称的人员 1700 余人，拥有一批国内 外知名的空间技术专家，一大批正在茁壮成长的航天新生代为中国空间事业的持续发展奠定 了坚实的基础。 我院十分重视空间技术专业领域人才的培养。自 1978 年招收研究生以来，已经形成学 科专业齐全，管理体制配套的硕士、博士和博士后高层次人才培养体系。现有博士学位授权 专业 4 个，硕士学位授权专业 17 个，博士后科研流动站 3 个。现有 8 名两院院士、12 名国 家级有突出贡献的专家，博士生导师 100 人，硕士生导师 300 余人。拥有包括语音教室、多 媒体电化教室、计算机房在内的研究生专用教室和研究生宿舍，研究生基础课学习阶段集中 授课，努力提升培养质量，营造完善的成才机制和浓厚的学术氛围。 我院地处中关村高科技园区，有良好的科研、实验条件，环境优美，设有“航天科技集 团公司研究生奖学金”和我院“中国空间技术研究院研究生奖学金”，每年评选一次。同时， 我院还与美国、俄罗斯、乌克兰、日本、英国、澳大利亚等国家多所大学签订了联合培养协 议，每年选派优秀在读研究生赴国外进修一年，回国后进行论文答辩。 我院有许多充满荣誉与挑战的研究项目和工作，等待着同学们在学成之后大展才华，为 创造“中国航天”的更加辉煌贡献力量！
空间相机主镜组件随机振动试验仿真
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（ ３ ）
（） ４
在随机载荷的激励下 ，线性 系统的响应 为 ：
这里 ，
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多个激 励同时输入 时 ，线性 系统 的响应为 ：
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果有 一定误差 ，但 还是能够 满足相机 结构初 步设计
的要求
５ 结
论
通过 对空 间相机 主镜组件 随机 振动试验 环境 的 仿 真计算 ，预示 了空 间相机 主镜组 件在 随机 振动环
ＹＡＮ ｉ—ｏ ｇ Ｇ Ｊ ｓｎ ｎ
（ｈｎｃｕ ｓｔｔｏ ｔｓＦｎ ｃａｉ ｎ ｈｓ ｓＣ ｉ ｓ ｄｍ ｉ ｃｓ ＣａｇｈｎＩ ｔｕ Ｏ ｉ ， ｉ Ｍｅｈｎｃ ａｄＰｙｉ， ｈｎ ｅＡ ａｅ ｙｏＳ ｅ ｅ， ｎｉ ｅｆ ｐｃ ｅ ｓ ｃ ｅ ｃ ｆ ｃｎ
Ｃ ａｇｈ ｎ ３ ０ ３ Ｃ ｉ ） ｈ ｎｃ ｕ １０ ３， ｈｎ ａ
一种空间相机调焦机构的设计研究
成 ，针 对航 空 光 学 系统 对 调 焦机 构 的要 求 ，对该 调 焦机 构 的 试验 过 程 进行 了设 计 ，针 对控 制 精 度 、 晃动 和 高低 温进 行 了试 验 ，并 分 析 了影 响调 焦机 构 精度 的主 要 因素 。试 验 证 明该 调 焦机 构 可 以 满足 使 用要 求 。 关键 词 ：调 焦 ；直 线 电机 ；直 线 导轨 ；光 栅 尺
３ ． 长春奥普光 电技术股份有限公司 ，长春 １０ ３ ３ ０ ３）
摘
要 ：随着现代光 学捕获技 术的不断发展 ，捕获 目标的 日趋复杂化 ，对空间相机的要 求也越 来越高 ，为了保证光
学系统具有更强的适应性 ，获得 最佳 图像 ，设计 了一种调焦机 构。调 焦机构 由直线电机 、直线导轨 、光栅尺等组
第３卷第４ １ 期 ２ ０ 年 １月 ０８ ２
长 春 理 工 大学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｈｎ ｃｕ ｉｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｎａ ｒｌ ｃ ｎ ｅ ｄｔ ｎ） ｏｒａ ａｇｈ ｎ ｖｒｔ ｏ ｉ ｃ ｅｈ ｏ ｇ （ ｔ ａＳ ｉ ｃ ｉｏ ｏＣ Ｕｎ ｓｙ Ｓ ｅ ｎ ｏ ｕ ｅ Ｅ ｉ
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３ ． 长春奥普光 电技术股份有限公司 ，长春 １０ ３ ３ ０ ３）
摘
要 ：随着现代光 学捕获技 术的不断发展 ，捕获 目标的 日趋复杂化 ，对空间相机的要 求也越 来越高 ，为了保证光
学系统具有更强的适应性 ，获得 最佳 图像 ，设计 了一种调焦机 构。调 焦机构 由直线电机 、直线导轨 、光栅尺等组
第３卷第４ １ 期 ２ ０ 年 １月 ０８ ２
长 春 理 工 大学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊｕｎ ｌ ｆ ｈｎ ｃｕ ｉｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙ Ｎａ ｒｌ ｃ ｎ ｅ ｄｔ ｎ） ｏｒａ ａｇｈ ｎ ｖｒｔ ｏ ｉ ｃ ｅｈ ｏ ｇ （ ｔ ａＳ ｉ ｃ ｉｏ ｏＣ Ｕｎ ｓｙ Ｓ ｅ ｎ ｏ ｕ ｅ Ｅ ｉ
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空间相机高速TDICCD焦面组件热设计及试验研究
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空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法
空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法田阳;宋新;王盈【摘要】针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题,提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法.通过梳理三维重构误差传播机理,将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程,给出了三维重构误差计算方法.基于误差下限分析计算结果,给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则,建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法,形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法.针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性.【期刊名称】《宇航学报》【年(卷),期】2019(040)008【总页数】9页(P948-956)【关键词】空间目标;三维重构;误差分析;观测方案设计【作者】田阳;宋新;王盈【作者单位】哈尔滨工业大学深空探测基础研究中心,哈尔滨150080;哈尔滨工业大学电子与信息工程学院,哈尔滨150001;上海宇航系统工程研究所,上海201108【正文语种】中文【中图分类】V419.90 引言随着人类航天活动的日益频繁，空间中故障失效的航天器也越来越多，以清理、维修失效卫星为目的的在轨服务技术逐渐成为研究热点[1]，各航天大国纷纷开展了相关的技术研究和演示验证计划，如美国的FREND项目[2]，欧空局的TECSAS/DEOS项目[3]和日本的SDMR项目等[4]。
在轨服务通常需对目标航天器进行绕飞监测、跟踪接近、抓捕、对接、维修等操作，而准确获取目标的三维模型，是判别抓捕部位、识别对接和维修部件的关键，直接决定了在轨服务的成败。
目前获取空间目标三维模型的方法主要有两大类[5]:一类是利用激光雷达等主动设备直接对目标进行测量;另一类是利用光学相机等被动设备采集目标序列图像，通过特征提取匹配、运动恢复结构(Structure from motion,SFM)等技术重构目标三维结构[6]。
空间相机光学件用XM23胶的杨氏模量测定和选用
空间相机光学件用XM23胶的杨氏模量测定和选用高超;罗世魁;陈芳;史姣红【摘要】Bonding technique is frequently used in assembly of optical components and structures. XM23 glue is a common adhesive whose Young's modulus directly affects the base frequency of the components, the reloading of thermal stress and assembly stress, finally influences the optical system performance. Engineering examples show the Young's modulus of XM23 fluctuates from 1.2MPa to 3MPa, so the determination of XM23's Young's modulus before using is necessary. In this paper, firstly, an extension experiment sample is designed and nominal modulus is obtained from experiment data processing. Secondly, nominal modulus is converted to real modulus via FEA method and corrected by GF-2 camera model. Thirdly, choosing principle of XM23 glue in structural design is given. Finally, a series of contrast experiments demonstrate the Young's modulus changes for diverse batches and periods, but the influence of accelerator ratios is slight.%空间相机光学件与结构件装配时,通常使用胶接的工艺方法.XM23胶作为常用的胶接剂,其杨氏模量直接影响组件基频以及光学件卸载热应力、装配应力的能力,进而影响光学系统的性能.已有的工程实例表明,XM23胶的杨氏模量会在一定的范围内波动.从目前掌握的试验数据看,此数值在1.2~3.0MPa之间,所以需要在每次用胶前对其杨氏模量进行测定.文章首先设计了拉伸试验试件,通过对拉伸试验数据的处理获得胶样的名义模量;其次,通过有限元方法将名义模量换算为真实模量,并利用"高分二号"(GF-2)卫星相机模型对此数据进行校验;再次,给出了结构设计时,XM23胶选用的一般方法;最后,通过对比试验发现,不同批次胶的杨氏模量会变化,同一批次胶在储存期内,随着时间的增长杨氏模量会不断下降,促进剂的配比对杨氏模量没有影响,利用此特点可以缩短产品的研制时间.【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2017(038)002【总页数】7页(P48-54)【关键词】室温硫化胶;杨氏模量;拉伸试验;有限元仿真;空间相机【作者】高超;罗世魁;陈芳;史姣红【作者单位】北京空间机电研究所,北京 100094;北京空间机电研究所,北京100094;北京空间机电研究所,北京 100094;北京空间机电研究所,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】TB30由于减振、热应力卸载、微装配应力实现等目的，空间相机光学件与结构件装配时，常常采用注胶、抹胶、胶垫压紧等胶接方式，也取得了成熟的在轨应用经验[1-5]。
某空间可见光相机的机身桁架结构设计
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研 究 。 Ｅ ｍａ ： ｈ ｎ ｋ ｉａ ｏ ｕｃｒ — ｉ ｚａ ｇａｈ ｉ ｈ ． ｎ ｌ ＠ｓ ｏ
Ｉ Ｆ Ａ Ｅ （ Ｎ Ｈ Ｙ）ＶＯ ．３ Ｎｏ ９ Ｅ ０ ２ Ｎ Ｒ Ｒ Ｄ ＭＯ Ｔ Ｌ ／ Ｌ３ ， ．，Ｓ Ｐ２ １
化 程度 要求 较高 的大 中型空 定
当 今 国 际 上 在 空 间 相 机 结 构 设 计 中 普 遍 采
用 的是桁 架结构 ，如 哈勃 望 远镜 和 Ｋ ２卫星 Ｈ１ 的相 机 等 。桁 架结 构 设计 的 优 点是 比刚度 高 、 重 量轻 、 通用性 好和灵 活易拆 装，因而 适合 轻量
收稿 日期 ：２ １— ６２ ０２ ０—２ 作 者 简 介 ：张 凯 （９１） １８一 ，男 ，吉林 长 春 人 ，硕 士研 究 生，主要 从 事机 械 结构 设 计 、机 械 制造 和 系 统装 调 等 方 面 的
Ａ 点 所 受 弯 矩 为 Ｍ ＝ＴＬ ｏａ ；当 受 垂 直 所 在 ｃｓ 平 面 的 弯 曲 载 荷 Ｆ ＝２ 时 ， Ａ 点 所 受 弯 矩 为 ３ Ｔ
Ｌ ＝百
（） １
当 ＜１ ． ４时，一般采 用单 层桁架 结构 。 本 文 讨论 的空 间相机 机 身桁 架结 构 的 长宽 比为 Ｋ ＝１ ６（ ． 。另外 ，相 机 的 主要 质 量 ． ＜１ ） １ ４ 和 光 学元 件 都集 中在前 后 两端 ，中 间没 有需 要
文 章 编号 ： １７—７５２ １）９０３—５ ６２８８（０２０—０００
研 究 。 Ｅ ｍａ ： ｈ ｎ ｋ ｉａ ｏ ｕｃｒ — ｉ ｚａ ｇａｈ ｉ ｈ ． ｎ ｌ ＠ｓ ｏ
Ｉ Ｆ Ａ Ｅ （ Ｎ Ｈ Ｙ）ＶＯ ．３ Ｎｏ ９ Ｅ ０ ２ Ｎ Ｒ Ｒ Ｄ ＭＯ Ｔ Ｌ ／ Ｌ３ ， ．，Ｓ Ｐ２ １
化 程度 要求 较高 的大 中型空 定
当 今 国 际 上 在 空 间 相 机 结 构 设 计 中 普 遍 采
用 的是桁 架结构 ，如 哈勃 望 远镜 和 Ｋ ２卫星 Ｈ１ 的相 机 等 。桁 架结 构 设计 的 优 点是 比刚度 高 、 重 量轻 、 通用性 好和灵 活易拆 装，因而 适合 轻量
收稿 日期 ：２ １— ６２ ０２ ０—２ 作 者 简 介 ：张 凯 （９１） １８一 ，男 ，吉林 长 春 人 ，硕 士研 究 生，主要 从 事机 械 结构 设 计 、机 械 制造 和 系 统装 调 等 方 面 的
Ａ 点 所 受 弯 矩 为 Ｍ ＝ＴＬ ｏａ ；当 受 垂 直 所 在 ｃｓ 平 面 的 弯 曲 载 荷 Ｆ ＝２ 时 ， Ａ 点 所 受 弯 矩 为 ３ Ｔ
Ｌ ＝百
（） １
当 ＜１ ． ４时，一般采 用单 层桁架 结构 。 本 文 讨论 的空 间相机 机 身桁 架结 构 的 长宽 比为 Ｋ ＝１ ６（ ． 。另外 ，相 机 的 主要 质 量 ． ＜１ ） １ ４ 和 光 学元 件 都集 中在前 后 两端 ，中 间没 有需 要
文 章 编号 ： １７—７５２ １）９０３—５ ６２８８（０２０—０００
空间相机设计与试验
Landsat 含 24+2 个探测元，按波段 排成四列，每列有六个探测元，每 个探测元的地面观察面积为
79×79m ，这样在瞬间看到的地面
大小为 474×474m ，由于扫描总视 场为 11.56°，地面宽度为 185km ，
没扫描一次每个波段获取六条扫描
图 像 ， 其 地 面 范 围 为 474m×185km 。 因 为 卫 星 速 度 为 6.5km/s ，扫描一次的时间里卫星 正好移动474m，扫描正好衔接。 MSS扫描过程
光机扫描成像的探测元件
光机扫描仪的应用实例
光 机 扫 描 成 像 的 常 用 遥 感 数 据 包 括 Landsat/MSS 、 Landsat/TM 、 Landsat/ETM+ 、 NOAA/AVHRR四种。
美国Landsat系列卫星
MSS光机扫描仪的组成
MSS扫描仪结构组成
MSS光机扫描仪的原理
详查相机光学系统 >3m 3~5° 望远光学系统，高斯 光学系统
测绘相机光学系统 300mm左右 75°左右 非球面光学系统等
物镜光学系统选型
地物相机的快门设计
地物相机的胶片型画幅式侦察相机采用卷帘式快门，空间测绘相机采用典型圆盘式快门以及旋 转圆盘式快门。
卷帘式快门原理图
地物相机的快门设计
圆盘式快门放置在镜头的前后组之间，快门由2个旋转圆盘和一个帽快门组成。
分辨率 （对线 /mm）
对比 1000:1 对比1.6:1
390
145
400
630
800
160
65
125
320
250
胶片型空间相机几种胶片性能
胶片型相机的系统组成
胶片型空间相机一般ห้องสมุดไป่ตู้地物相机、恒星相机、暗道、回收片盒等组成。
小型空间CMOS相机的主动热控设计
ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ，ｒ ａ ｄｉ ａ ｔ ｏ ｒ ’ Ｓ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｅ ｎｓ ｂａ ｌ ｅ’ ｆ Ｓ ｔ ｅ ｍｐｅ ｒ ａ ｕｒ ｔ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｕｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｐ ｒ ｅ — ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｃ ｈｅ ｍｅ． Ａｎｄ ａ ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏｌ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ，ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｒ ａ ｄｉ ａ ｔ ｏ ｒ ａ ｎｄ ｌ ｅ ｎ ｓ ｂａ 用ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｄｅ ｃ ｉ ｄ ｅ ｄ．Ｔｈ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏｎ ｒｏｌ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｈａ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｂｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｔ ｅ ｒ ｍｉ ｎ ｅ ｄ．Ａ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ １ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｖａ ｌ ｉ ｄａ ｔ ｅ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｑ ｕ ｉ ｃ ｋ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｓ ｍａ ｌ ｌ ｓ ｉ ｚ ｅ ｓ ｐ ａ ｃ ｅ ＣＭ ０Ｓ ｃ ａ ｍｅ ｒ ａ ，ａ ｃ ｔ ｉ ｖｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｃ ｅ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ， ＤＯＥ， ｔ ｈｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｂａ ｌ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ
空间相机大功率CCD器件的热设计与热试验
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｈｅ ｍａ ｃ ｎｔ ｏ ｓ ｔ ｍ ｆ ｈｉ — ｗｅ ｔ ｒ ｌ ｏ ｒ ｌ ｙｓ ｅ ｏｒ ａ ｇｈ ｐｏ ｒ ＣＣＤ ｐａ ｅ ａ ｒ ｓ ｄｅ ｉ ｎｅ ｓ ｃ ｃ ｍｅ ａ ｗａ ｓｇ ｄ， ｉ ｃ ｕｄ ｎ ｎ ｌ ｉｇ ａ ｔ ｒ ａ ｅ ｔｏ ｈｅ ｆ ｃ ｌｐｌｎｅ ａ ｓ ｍ ｂｌ ｏ ｅ ｏ ｖ ｎｇ ｔ ｅ ｈｅ ｔ ｄ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｐ ｏｂ ｅ ．Ｆｉｓ ，ｔ ｈｅ ｍａ ｈｅ ｍ ｌｔ ｓ ｆｔ ｏ ａ ａ ｓ ｅ ｙ ｆ ｒ ｒ ｓ ｌ ｉ ｈ ａ ｉｓ ｐ ｔｏ ｒ ｌ ｍ ｒ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ｌ ｄ ｓｇｎ ｓ ｈｅ ｆ ｔ ｅ ｉ ｃ ｍｅ ｏ ｈｅ ＣＣＤ ｓ ｅ ｍ ｉ ｅ ｗｈ ｒ ｈｅ ｈｅ ｔｐ ｏｄ ｅ ｈｅ ＣＣＤ ｓｔ ａ ｆ ｒ ｅ ｏ ｔ ｗａ ｘａ ｎ ｄ， ｅ ｅ ｔ ａ ｒ ｕｃ ｄ ｂｙ ｔ ｗａ ｒ ｎｓ ｅ ｒ ｄ ｔ ｈｅ ｃ ｄ ｏ ｃ ｈｒ ｇｈ ａ ｈ ａ ｉ ． Ｔｈｅ ｈ ｒ ａ ｅ ｔ ｆ ｆ ａ ａ ｅ ａ ｓ ｍｂｌ ｓ ｌ ｎｎ ｄ ｏｌ ｓ ｕｒ ｅ ｔ ｏｕ ｅ ｔ ｐ ｐｅ ｎ ａ ｔ ｅ ｍ ｌ ｔ ｓ ｏ ｏｃ ｌｐｌ ｎ ｓ ｅ ｙ ｗａ ｐ ａ ｅ ｗｉｈ ｔ ｅ ｔ ｈ ｓｍ ｕ ａ ｅ ｏｌ ｏ ｃ ｐｅ ｉｌｙ ｄ ｓｇｎｅ ｉ ｌ ｔ ｄ ｃ ｄ ｓ ｕｒ ｅ ｓ ｃａ ｌ ｅ ｉ ｄ． Ｆｉ ａ ｌ ｎ ｌｙ，ｔ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｓ ｏｃ ｌｐｌ ｎ ｓ ｅ ｂｌ ｓ ｅ — ｈｅ ｈ ｒ ｌ ｅ ｔｏｆ ｆ ａ ａ ｅ ａ ｓ ｍ ｙ ｗａ ｐ ｒ ｆ ｍｅ ｎ ａ ｖ ｃ ｍ ｏ ｓｍｕｌ ｔ ｔ ｐａ ｅ ｅ ｖ ｒ ｍ ｅ ｔａ ｔ ｕ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ Ｔｈｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｗ ｏｒ ｄ ｉ ａ ｕｕ ｔ ｉ ａ ｅ ｉｓ ｓ ｃ ｎ ｉｏｎ ｎ ｎｄ ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ． ｅ ｕ ｔ ｈｏ
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空间相机设计
物 理 基 础
基 础 指 标
光 学 系 统
结 构 热 设 计
电路 与电 磁兼 容
太阳辐射
在地球环境中，最强的辐射源是太阳，它是可见光及近红外遥感 的主要辐射源。太阳辐射通常用太阳常数（1367±7W/m2）、太阳 光谱和太阳辐射到达地面的大气吸收特征来描述。
太阳辐射光谱辐照图
地球大气对太阳辐射的影响
光谱分辨率指能分辨的相邻波长的最小间隔，分辨率越高，光谱 曲线越精细，更能真实的反映目标的光谱特征
光谱选择
解决目标物与接收系统光谱响应特征相匹配
1、根据用途选择工作频段
2、利用多光谱遥感技术，用最少的谱段获得最丰富的信息
各种地球资源的优选频段
1、农业类2-4个波段足够 2、地质学需要15个才能明 显 3、除了地质，其他科目大 多需要3—4个波段
分类精度与光谱频段数
是指空间相机接受目标反射或辐射信号时能分辨的最小辐 射差 可用噪声等效辐射度、噪声等效反射率或者噪声等效温差 表示
辐射分辨率
时间分辨率
是指空间相机测量目标随时间变化而对同一目标重复观测 的最小时间间隔。 与信息提取有关，是空间相机的设计依据。
遥感应用对检测周期要求
光学系统是成像光学系统，也是望远镜物镜系统。 一般包括光学窗口、成像系统、分光系统、扫描系统。 此处更多讲解三种不同的成像系统。 在空间相机的设计中由于任务不同，光学系统设 计也不同。 1）真空环境导致透镜折射率不同，焦距发生 变化 2）空间辐射环境影响材料的光学特性，例如 导致光学透过率发生变化 3）杂散辐射环境影响空间相机成像品质
空间相机设计与试验
汇报人：
2019年01月04日
1、概论 2、相机设计基础 胶片型空间相机设计 光机扫描仪 空间CCD相机
3、三类空间相机
4、空间相机测试与试验技术
在空间遥感器中收集信息用的遥感器可分为光学和微波两大类。 而空间相机是指以光学波段（紫外、可将光、红外）对地球或空间目
标进行拍照传回信息的具有光、机、电、热、控制和信息处理等技术
正立同侧放大的虚像
正立同侧缩小的虚像 开普勒望远镜 （倒立放大虚像）
伽利略望远镜 （正立放大的 虚像）
焦距、景深与放大倍数
双高斯型折射系Leabharlann 统SPOT卫星CCD 相机折反系统
双反射光学系统
胶片型空间相机使用较早，其特点是将曝光的胶片返回地 面，经地面冲洗、判读等处理后使用。 组成：地物相机、星相机、暗道、回收盒 优点：具有分辨率高、信息量大，胶片制作。处理加工及 判读技术成熟等特点。地面分辨率优于0.3m，不受电磁干 扰等 缺点：装片量有限，时效性低。 使用：一般用在低轨道空间飞行器平台。在详查和测绘仍 然具有前景。
一般由热控涂层、隔热薄膜、相变材料、 热管等。热控精度±1℃，红外探测器 60k~150k
4、热控装置 5、控制和信 息处理器
微处理器进行控制和监督
空间相机 胶片类 光电传输型
光电效应
光—化学效应
画 幅 式
单幅
全 景 式
单幅扫描 畸变
航 线 式
连续
扫 描 成 像
单元扫 描处理
凝 视 成 像
直接形成 目标图像
MTF 曲线图 示例
调制度：M即反差 反差 =（ 照度的最大值-照度的最小值） /（ 照度的最大值 + 照度的最小值） 空间频率：单位方向的周期数（此实验中为光栅的疏密程度）单位为单位 长度线对数 MTF值=M’/M（输入为M，输出为M’）
光谱特性
光谱特性包括光谱范围，谱段的宽度和数目以及光谱分辨率。
综合性的光机仪器。
可见光—近红外：0.38~0.76μm 热红外：0.76~1000μm 微波：1~1000mm
1、物镜 2、探测接受 和电路系统
3、机械结构
光学系统和结构组成，起收集目标信号光 能量和抑制杂光等作用。
利用胶片或光电器件接受信息，处理放大 等 连接物镜、探测器和电路系统各部件组成 空间相机的连接机构
1、相机经受发射返回时阶段振动、过载冲击等 恶劣力学环境
2、空间相机一般应具有长焦距（视角小、距离
远、放大倍速大）。 3、适应空间环境的技术措施：真空、低温、方 辐射粒子等 4、可靠性高。不可维修
5、严格的质量、体积和功耗限制。材料选择
任何物质都会反射、吸收、透过和辐射电磁波，空间相机及 应用系统正是通过测量和分析与目标有关的电磁特性，获取目标 的特性和状态的。因此相机原理是充分了解物质的光谱特性从而 区分不同物质及颜色。
电磁波在大气中的传播特性也是遥感研究的重点之一，地物电磁波在 大气传输中的衰减和畸变特性是确定目标以及校正数据的重要依据。 其中包含大气吸收，大气散射与天空辐射
大气窗口，大气对电磁波衰减较小、透射率较高的谱段： 1、可见光—近红外：0.4—1.1μm，记录地物反射电磁波信息最广的窗口，透射率很 高。 2、短波红外：1.5—2.4μm，在1.8有个二氧化碳辐射带，仍 属于反射光谱 3、中红外：2.4—5μm，可以是反射光谱也可以是发射光谱 4、热红外：8—14μm，透射率较低，是地面热辐射能量最集中谱段，常用来获取常 温热辐射信息
星相机作用：根据已知星象位置和成像位置退出姿态角，推出地物照相机 拍摄时光轴。
在感光材料涂布感光乳剂，如卤化银的晶体在光的照射作用下,释放出电子,其 电子被乳剂层中的感光中心捕获后,与卤化银中的银离子正负电中和,成为银原 子。分辨率越高，感光度越低
地球辐射分为三部分：波长0.3—3μm部分主要是反射太阳 辐射；3—6μm是太阳反射辐射和地物热辐射；6μm以上主要是 地球表面物体自身辐射
地球辐射
地物的反射光谱 某些岩石的发射光谱
基本技术要求包括：空间相机的空间分辨率、调制传递函数、光谱 分辨率、辐射分辨率、时间分辨率、辐射定标要求、设计基准、体积、 质量等。
摄影分辨率10米
5 米
5米
10米
空间分辨率是指遥感器能区分相邻两个目标的最小间隔。在空间相机 中常称为地面摄影分辨率；而对CCD类传输型是指瞬时视场的最小像元， 或与像元对应的最小地面尺寸，也称为像元分辨率。
空间相机的（MTF）调制传递函数是空间相机光学、探测器（胶 片）、电子线路综合传输特性的体现。描述图片质量的参数。 定义：系统输出信号的调制度与输入信号的调制度之比随空间频率 的关系。