地球静止轨道三轴稳定气象卫星辐射计--可见光通道CCD星敏感

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第７卷

第 ９１期

０ ０７２年 月　

９科

学

技术

与

工程

　＠

Ｖｏ ． Ｎｏ １ 　 Ｏ　ｃ．２ ０ 　１ ７９ ．ｔ ０７

７１ ８ —９ ０ ） ９２４９ —３ ６ １１１（０ ７１ — ８７０

　Ｓ

ｉ ｎｅｅ Ｔ ｈｏｏｙ ａ ｄＥｎ ｅ ￣ｇ ｅｃｃ 　 ｃ ｌｎｇ 　ｎ　 ｏ ｎｅ ｎ 　

２０

　ｉＳ ｈｅ ｇｇ ０ ７Ｅ ｃＴ．ｃ ． ｎｎ ．　

地球静止轨

道三轴稳定气 象卫辐射星　

可 计见光 通道 Ｃ Ｄ星 感敏 Ｃ

　李

坤　晓

陈

桂林　

（

中科国学 上院海术技物研究理所。上 海２０ ８ ； ，０ ０３ 国中学科院究生院研　北京 １ ０ ４）， ０ ０ ９　

要摘

地静球止道轨三 轴稳 定象气星卫 辐计可射光通道 见既有地对观测 功能有又星 敏感 能力。据卫 根图像星 导 与配航准　

系

统要求， 辐射计 可 以中断对观测地任 务 工，作 模式转换星敏感到模式。 在 敏星感 模下 式 ，射计据地 根命面 ， 辐令 视场在东 西 ２　 南北 。 。２ × ２３ 的个四上角， 测先选择预的 颗３恒。星据理根想描扫位置 和 实际测探 位置差异 ，的 确探定 器仪 态，姿补 偿 由　

轨 于道、 态 漂移 热和形 变 起 引的辐 射 计光轴 指 向 变 。 辐化 射计 星 敏 感 用利 了扫 描辐 射 计 两的 维扫 描 构 机 学、系 统和 可 见　 姿光光

探测器。 　

关 键 　词 球地静轨道止

辐　 计　

可见光射通道　

敏星感　

图 像导航与 准　配

中法图分 号类Ｔ ９７ １ Ｎ６ ．；　

文献标识 码

Ｂ 　

地 球

止静 道轨距地球 高 度　３ 　ｍ， ８道周期 　 ５ ６７ｋ轨 等于一 个 恒 日， １星４ ｍ６ ｉ，１以覆 盖 南 北半　 即 　 ３ ｎ 　　 可　３ 球 约 。 表 面 ， ７ 够 成完 长期 、 续的 对地 球 表　０ 能 连的

观测 任星务， 像 导 图 与 配航准 系统 提 参供 数。图 　为 像

导航 与配 系准 中统 标陆 山、脉在 国内 有已广 泛 　

应用， 射计 星 感 将敏在 下 一 代 地球 止轨静 道三 稳轴　 辐 气定象卫 风星 云四 号 使中 用。　 恒

张星 一 角 只般有 ００ ” ００ ，５ ． 到 ．０４ ”球 地止 轨　

面静、大气 和 空间 环 境连 续的 监测 观的测 任 务 ，地　 在 球 气 大探测、 间 环 境 和太 阳 活 动监 测 、的信 和　 空 观测 资料 通 传的递 和广 播 及以发 展 新的 用应 方等 　面具

一 系列 有极轨卫星无 法 比 拟优越 的性 　。

道 ，不 星 受 气 扰 大动、 烁 限 制 ， 为 理想点 光　恒 闪 成 ；源 同时任 何 恒星 在天 球 上 的位置 都可 以 精 确 确 　定

。辐 射 星敏计 感， 即辐射 计 以可 见光 通道可 作 为　 星 敏 感 ， 器可以 精确定 位 的恒 星 系 统作 为 绝对参 照　

但是

， 轨 道 间热空 源 化 变 十分 巨 大 ，气 极 其 空

　稀薄

，传热导主形要为辐式 与传导射 ，缺 少地 面　

仪在器 中 重起 要作用的 对流 成，空 间 轨 道的 热境　 环造

系

在， 定 时 刻特使 用 扫 辐 描射计 二 维扫描 镜 ， 　 向指

辐计 视射场中不受 球地 遮 的 四挡个角 ， 以 凝 方式视　 测 观预 先选择 若于 恒颗 ，星 辐 得射计 光轴指 向 获。　

异

恶 劣常， 静 轨止道 卫 星采 三轴 稳 定用 姿 控 制 态　 方案 ， 个 问题后 加更突 出 。 空间轨道 热 环 境是 导致　

静 这止轨道 三轴 稳 定卫 星辐 射 光 计 周轴期 性 热 变 化　 的主 要 原因， 卫 星 图 像导航 与 配 系 准统提 了出　

挑对战 　

。

影对 图响像 航 导配与 准 长的 期 素因， 辐 计 射 轴光　 如的周

性期热变 化、 描 制 参 控数 漂移和 元件 的 化老 　

扫和

降 额 星、 姿态的 漂 移等 有 重 要 校的 正作 用 ，卫 使 其对 　像 导 航 图和 配 准 的 影响 降 最 到 低限度 。 其　优点 是 １：（ ）直接 获得 辐射 计光 轴 向指 （ ）精。度 高 、 　 误２ 差定恒 ； 夜 昼都可 观测 。（）使 用 可 光 见通 道 　 ３进

行星敏感 ， 约 了 附加 星 敏 感通 成 道 本，高 系了 节 　

地提 静 球止轨 道气 象 卫 星 辐射 计 可 见 光波 段中

心波 ０ ６　 ｍ， 　计 用于观 ：测图 、 ４．设 云覆冰盖 、 害　性 灾

天气

、、 、 山灰等 ， 山洪 发 、 暴风、 季 暴　 雾烟 为火飓 冬 风雪 析 提供 参数 分； 时可 以 完 成 对 陆标 、 山脉 、 同恒　

２ ０ ６０年１ 月 １１ 日 收　 ４

到统 的定 性 稳、靠 性。弥 补 了陆 标 、 都 是 扩脉 　展可 山源， 较 差大且不 恒 、定 间 不能用 使的 缺 点 。 夜误　

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m４ ９ ８８

　

科

学技

与

术

工程　

　７

恒 卷星坐标平 移卫到星 ，射 计 视场决定 了辐 射 辐　

１ 辐射计

可通光　道

参阅 图１像 成辐 计光射 学 系 由统二维 扫 描 镜、 ， 　

光主 学 统 系 （ｓａａｇＣ ｓ ｒｅｉｎ 望远 镜 ）继 光学 中系 统等 　和 成组 。 辐 计光射学 口径 　＞ ０ ｍ３ 光 学 系 统　 效０　 ｍ， 率 ０４左 右 可。见光通道 ０ ５ ０ ７ ｔ ．～ ． ．５ｘ５ ｍ波段 探　（ 测器 ＣＤ同 时 具 兼 敏 感星功 能 ，来 校准 扫 描 成 　Ｃ ）用

计

不 能 观可 测到 整 个 天 球 上 恒的星 恒 星。赤 纬　决

定

了恒星 出在 扫描现辐 射计 场 视中 高的 ，度 赤　星恒

经 决 了定恒 星 出 现 在 视 场 的 时 间中 辐 。 计射 视 　场

（图阅２ 参 ）： 西 ２ 东×。南 北２ 。地 球在 视线 场中 ３ 　２，占

１ ． 。能 够测观恒 星的视 区域场是： ７４ 　， （） 个矩 形区 （域 受球 地遮 ） 挡每 个 矩形　１ 两 不： 视场 东 ２西 ×。 南北 ２ ， ．３ 。 ＜ｌ 星 纬赤ｌ 　３． ８。 恒 ７≤１ 。 恒 星不受地 球 遮 挡 能被够辐 射计长时 间 观测。 　 ，１ 　 ）（ ２ 四个圆弧 区 域，。 ｆ ０ ≤恒 星赤 纬 ｆ ．。 恒 　≤８ ，

像辐射 ７计在 轨行 运 间期光 轴的期周 性化 。变　

星 受地 遮球挡 ，部分 时 间可观测 。　

２２ 敏星感 噪信 比 观和 概率　 ．测

辐射 星计 感信敏 噪 Ｓ比Ｒ： Ｎ 　

扫

器　

　０７ 　 　

５ｒ　

Ａ

Ｊ（ 　（） ，。 （ ））　ｎ。 尺 Ａ Ａ ｒＭ Ａ Ｉｄ ｔ　 　ｐ 】 ｉＡ ｔ

Ｓ　 Ｎ ： —Ｒ 　 ＝二 ＝ — — —— — —— —一 　

１ 图 射辐 光计学 统系　

（　 ）￣ｎ ＋ …） ／ｎ（。＋（ ２　 　） 　 ２

ｎ（ ）１　

中式：。 Ａ光学 系统 效 有面积 入；探 测 器 谱 光响应　 Ｒ ）（

２

射计辐可光见通道星感敏 　　

２１ 辐射计视 场 ．　

率

；Ｍ （， 恒 星光谱 辐射 ； 长 ； 　 Ｔ入）入波 　下

　（ 。 入）光学 系统 衰 减ｔ；积分 时 ；间 ｓ 粒　 。 ｉ ｔ ｔｎ ｎｈ 散 ｏ噪 声 ； 模Ｆ式噪 ； 声ｍ 混合 噪　 ｎｐ声 Ｎ ｕ ｎｘ辐射计 可见 光 道通 ＣＤ星 感不 敏 利因是光 学素　 系Ｃ 统效率较的 ， 辐射低计口径 远大 卫于定星姿类 星　 敏感 器补弥了光学 统系效 率低 缺点 ， 的 观地和星测 　敏对 感 大 态动范 围 可通过 调 Ｃ整Ｄ探 测 器积分 时 间实 Ｃ　

天体

标坐 用采第 二赤 道标 坐 ，系体 的 经 赤、Ｏ 天ｔ　

赤 纬 不 因周８日视 运或动 同的观不 地测点而改 变 。， 　 地静 止 球轨道 ，要只望 远 镜 指 向固 ，定论 望　 无

远

镜 处 于 道轨 上 的 何 任 置 位， 坐星标 平 移 到 卫　 恒

， 所星得 星空 将不 图会随 着卫 星的 位而 改变　置． 　Ｉ

时间 约９分钟 　０

现

文 。献 ［］ Ａ 星跟踪Ｓ器 孔 １．径　１， 星　 ３中 Ｐ ７６点１且 １３１１ ９

％ 能量的集 在 中个４素像 。上分时积 为 １间０ｓ ０ｍ０ 　 　

，检测率概 Ｉ９％ ， ９ ＞警虚率概 ≤１， ％ 则 信 噪比值阈应大　

于 ５ 测 探门限为 ６ ３ ，．１星。 等　

１ 表 ｐＨａ ｃｓ 　 ｐｉｒ ｏ 星表恒星视等星和射辐计场视　

焦平

探面测

器　

辐射

计场视

　仅

考 虑 两 个 形 视 场矩 西 东２ ×南。北 １８ ３．睛　

　图 辐２ 计射 视 　场

况 ，１ 出列 了 ８７＜ｌ 星 赤 纬 ｌ１ ， 星分　等 表 。 恒． １≤ 。

视

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１ 期　

９

李坤晓 ，： 等地球 静止轨三轴稳道定象气 星卫辐 射——计可 光见通道 Ｄ星Ｃ敏感Ｃ

口 口口 口　口　 口 口 　 口口 口口口 　

４

９ 　９８

布

取。 视 等星阈值 ６ ５ 划 分 １　０个 视场成 计算 分　 ． 　 　，４ ４韶 ∞ 析 ，场 同中时存在 颗恒 星 的３ 概 ＞ 率 ５，在 １ 视 ９％存 　颗 恒 星概 率 ０ ， １足 辐射计定姿 需 。求 ％ 满０　

获得 恒星在焦平 面测器移 探动轨迹 的系列 一 点 ，以 　可

使用

小最 二法 拟乘合 得到 恒 在探星 测器 上 动轨 移　迹 （ ３图 右）见 。图中 点表示 恒 黑星 一某 体 具时在刻焦　 面平探测 上位器 ， 表示拟合 置结果 。通过最 二　 虚小 线乘法合 ，拟 进一 步以高提星感敏精度 。可 　

＝

＝

　

３结 论　

图 ３ 恒 星 焦在平 上 成 面　

像地 静球 止 轨 道气 象卫星 辐 射 可计见 光 通 道 　 通过测观 山脉 地标 、、星 ， 供遥感 像图定 位 和图 像　 恒 提 ＰＦ 　 导Ｓ 航与配 准系 参 统数； 过 观 测恒 星能 够 实 对现　 通 光轴 的 正校和 偿 ，补遥 感 图像 位定 、像 导 航 与　配 对 准图系 统 具 重有 意 义要。 白天 以使 可用路标 、脉和 山 恒 星　 ， 问只有星敏 感可以使 用 夜 。　（ ２　）

参考 文献　

２ ３值阈 星敏和 感 精　 ．

度．

●

　＝＝ ＝㈠ ＝搿 ＝ 　　Ｌ ｝　

‘ ｆ． ． 　．

●Ｌ 　Ｌ● ＿ 光 系 统 学 的＿吖竹 ●●●Ｌ ４ 与像● Ｊ● ｝＝｝ ＿ ＝● 恒 星 在辐 计 焦射 平面上成ｌ●ｔ 　

■科，

”＋ 上 ． 　 　“ ＋＝ ．　 　一

有关　 参 阅 图。３ 辐 计 弥 散射斑 小 １于２像元 ， 测　 ， 探

器／上一 有 般个四像素 恒对星有 应响， 它 像 素 为背 其　景 噪 声 。设 没有在信号 时背 景 噪 ｃ声 ： 　ｒ　 ｂ ｂｋ ＝√ 　ｌ　 　 噪声 。

＋　 　

式中 ：　 。。 示 子学 系电 统噪 ，声ａ＂ 　盯ｉ 表Ｏ ｔ 表示杂 散光 　ｓｙ

ｒ ｎ ｗＲｒＬ 　ｎ　 　ＭＡ。　 　 ，　ｓ 　Ｊ ｏａ Ｗ 　ｐ．ｉｉ “ “ ａ 　ｉ （ ｄ　 －ｎ ｇＤＴｉ 　 　ｄ 　“ Ｅｒ

为保证 星 敏 感虚 警 概率和 误 判概 率 值　阈

ｇｎ耿 ： ａｋ 　

２

许 世文．

Ｕ，ｉＪ￣ ｄ ｔｎ、Ｍ ｉ ｃｒｓｌ ｒ ｓ 】Ｐ ９ ｎ１ ＬＵ： — 　，Ｌ 　 ｏ Ｉ　 ｅｏ ９９ 　ｓ　

２１ ｌ

龙夫年 ，

付

，

苓：　

星模器 的 标 换 　 等． 拟 中坐场．变哈

尔 滨工 业大学 学 报 ９１；０（ ） １ — １ ０ ８９ ３５ ： １８ 　２

Ｎｈ　 ＝６ 。 － 　　ｈｏ 　 　ｋ

ｂ

） ３　（

３

张， 晨朝阳， 陈沈榜． 绪Ｐ星跟 踪探器灵敏测研究． 工 Ａ度 光电 Ｓ　

辐射

计 星 敏 感 精 分度析 ： 辐 当计射 散弥 斑 小 于　

１２像 元 ， 北时方 精 度优 向于１２ 元 像 西， 方 向 ／南／ 东 　 优 １２像于元 （／ 和分积 间时关有） 在。星敏感程过中 ，　

程，０

；（） ２ ４ ３ １：０ １ ０ 　

ｅ ｉＴａ 。 ａ 　Ｙ ０ｃ 。　 Ｓ （ Ｐ“ “Ｐ Ａ 。 　ｈＨ ｐ　 ｎ Ｔｒ ｈ　ｇ ＥＡ・ Ｅ　　 　　 　 　ｇｐｃ ｄ 　　ｕ ｃ“ ）ｙ＇ 　

ｈＴ ｅ ｒ ａ　ｉ ｔｂ ｄ ｇ ｄ Ｓ ｔｉｅｌＲａ ｏ ｅｅ ｆ　Ｇ ｅｓａ ｎａ ｉ Ｃｙｈａｅ 　 ｅ ． ｓｘ ａ Ｓ ｉ ｅｉ 　ａ ｌｔ　ｅｄｉ ｍ ｒ ｔｏ ｏ　 ｔ ｔｏ ｒ　 ｎ

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ＣＤＣ ｔ　 ｓｇ 　 ｎｆＶｉｉ ｅ Ｃｈａ ｄ Ｓ ａ　ｒ ｅ ｅｏ 　ｓ ｂｌ ｎｎ　 ＬＸｉＩ ｏ ｎ ，ｋ　 ａ ｕ— 　 ＨＥＮＣ ｉＬ 　ｍ Ｇｕ　　

ｉ（

ｅ ｈ ａｉ ｎ ｓ ｓｏｐＳ ａ ａ ｇ ＣＳ， ｈｎ ｈｉ ０ ０ Ｐ３ ＲＣ ｉａ Ｔ ｃ　ｍ ｃｌ ｅｙｉ 　ｆ ｎｈ ｈｉ Ａ 　 Ｓ ａ ａｇ２ ０８ ， ． ． ｈ ｎ ； 　ｃ 　 　　

Ｇ

ａｕ ｔ ｎｖｒｉ　Ｕｆ Ｃｉｅｅ Ａａ ｅｖｏ　ｃｅ Ｓ， ｅｃ ｉ１０ ４ ｇ ．， Ｃｉａ 　ｒ ｄ ａ 　ｅｉｓｖ　ｏ ｈｓｎｅｄＩ ｆ　 ｉｎｅ　 ｉｎ　０Ｂ ０ Ｐ９ ． ｈｎ ） Ｒ ｔｅ ｌ 　 ｊＳ

［ ｓｒ ］ｃＧ ｏ ｉｔ 　ａｐ ｔ ｒｌｎｅ ｖｏ ｍ ｎａ ｔｒ—ｅａｉｓ ｂｅｌ 　 ａｌ ｒｄｔ ｔｏｖｓ ｌ ｃｒ ｎｌ ａｂｔａＡｔ 　ｅ ｓ ｔｎ ｏｒｅ ａｏ ａｎ ｉ ｎｅ ｔｌ ｅｈ ａｏ ｙ ｉ　 ｒ 　ｘ ｓ ｔ ｚｉ ｄｓ ｌｅｔａ ｉ 　ｅ ｉｅｂｈ ｎｅ 　 ａｉｅ 　 ｉｅ ｍｉ　

ｐｅ　 ｒｆ　 ａｔ — ｏ ｓ ｉｇ ａｒ ｄｓ ａ ｅ ｓ　ｇｎ ｎｏ ｄ　ｏｅ ｓｐ ｏ ｉ ｇ　 ｉａ ａｉ ｎ ａ ｄｒ ｓｅｇ ｅ ｙ 　ｍ ，ｔｔｅｅ ｒ ｈ— ｒ ｏｓｍ ｒｅ ｈｂ ｖｎ 　 ｎ ｅ　 ｒｔ ｓ ｎ ．ｉＩ　 ｒｒ　 ｔｕｐ ￣ ａｍｅ ｎ ｖｇ 　 ｔｎ　ｅ ｉｔ ｒ ｄ ｓｅｓ ｏ 　ｈａｔ 　 ｓ ｏ ｒ ｉｇｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｃ ｂ 　ｎｎｅ ｒ ｐ ｅ 　 ｎｄ 　ｔｅ ｓｒｔ ａｓｏｔ ｎ ｏ ｓａ　ｓ ｎｅ ｏ ｍ ｅ Ｉ 　 ｈｍ ｏ ｓｅｔ， ｓｅｎ ｏ 　 ｓ ｅ ｎ ｂ ｐ　ｒ ｔ 　 ａｏ　 ｅ ｉ ｒｔｕ ｔ ｄａ ｈｅ ｓ　 ｎ

ｏ 　ｒ ｉ ｎｎｓ ｔｉ　 ｔ ｅ ｒ 　 ｄｓ． ｎ ｔｉ ｄ　 ｖ ｉ ｈ　ｅ ｓ ｒ ｉ　 ｃ ｍｍａ ｄ 　ｏｅｏ ｅ ｅ ｔ ｒ ｅｐｒ ｌｓ ｃｅ 　ｔｒ ｏｎ ｄ ｔ　 ｂ ｓｒ　ｈ ｅ 　 ｅ ｅｅ ｔｄ ａ ｓ．ｐｓｅ ｅ ａ　ｌｎ ｔ ｅ ｒｃｒ　 ｆ ｓｉ２３ｂ 　。２ｅｆ ｄｏ 　 ａｅｄ． Ｄｉｒｆｎ 　 ｖｅ ｆｒ ｒ ｂｙ 　ｉ 　ｈｏ ｎｅ ｏ 　ｓｔ 。 　ｙ２ｉ 　ｌｆ ｒｇ ｒ ｅｆｅ ｃ ｓ

ｂｔ ｅ ｒ ｄ ｃｅ　　 ｎ ｃ　 ｕｌ ｒｔ ｓｔｐ ｎ ｒ　　ｓ ｄ ｔ　 ｅｅｍｉ ｅ ｔ ｅ ｓ ａｅ ｒｆｐ ｙｏ ｄ ａ ｔｕ ｅ ａ ｄ 　 ｏｔｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｎｗｐ ｅｉ ｔ ｄａ ａｄｔ ａ 　ａ 　 ｏ ｉ ｏ ｓ ａ ｅ ｕｅ 　 ｄ ｏ ｒｔｎ ｈ 　ｐ 　ｃｃ ａｔ ａｌａ 　 ｔ ｔ ｄ 　ｎ　 ｏ ｍｐ ｃ ａｎ ｓｅ ｉ　 ｉ

　ｆｒｒ ｄｏ ｔｐｏｒ ｉ ｇ ｎ ｒｅ 　ｒ ｅ ｔ 　 ｔ ｒｔｉｕ ｅ ｄｉ 　 　ｎｅｈｍａ　 ｉ ｔ ｒｉｎ．ａＲ ｉｅｅｍ　 ｔ ｒｅｅ ｕ ｅ 　ｗｏ ａ —— ｏ ａ　ｉ ｍｅ ｅ　 ｉｔ 　 ｒｏ ｓｎｄ 　ｕ ｏｏ ｂ，ａｉｔｔ ｄ 　ｒ ａ ｆｄｔ ｒ ｌｄｓ ｔｏ ｔｏｄ ｔ ｒｓｏ ａ ｓｓ　ｎｓ ｓ ｘ　ｔｉ

　ｃ ｎ ｍ ｉｏ ， ｔ ａ　ｏｙ ｔｍ 　ｄｎ ｓｖｂｅ ｄｔ ｃｏ ｓｏ　ｈ 　 ｏａ ｒ　 ｔ ｓ ａｓ　 ｒ ｐｒ ｉｓｌ ｓｅａ 　ｉｉ ｌ　 ｅ ｔｅｒ　 ｆ ｔｅｒ ｄｉｅ ｅ ． ｍ

［ｃｙ ｗｏｄ］ ｇｔｔ ｎｏｒ ｒｔ ｅｓ ｘｔｂｌｅａ　 ｔｌＫｅ　 ｒ ｓ ｅｓ 　ｉ ｙａｈｅ —ａｉ ｓｉ ｚｓｔｄ ｌ ｅａ ｏ 　　 ａｉｅ 　

ａｉ ｒｅ ｓｒｇ ｔｏ ｎ ＆ｖ ｇ ｎｔｇ 　 ｅｉｔａ ｎ ａ ｉｉａｉ 　

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