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面向空间云时期的微纳遥感卫星技术生长

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2018-03-22

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  比年来,国际上微纳卫星技术生长机动,多家企业和研讨机构推出了种种高遵从微纳卫星方案,格外是在贸易遥感范围如天空盒子成像公司(Skybox Imaging)的“天空卫星”(SkySat)系列微卫星、行星实行室公司(Planet Lab)的鸽群-1(Flock-1)系列纳卫星、卫星逻辑公司(Satellogic)的“新卫星”(Newsat)系列微纳卫星等。这些项目都方案颠末星座化的运转,完成较高的时间区分率和空间区分率的遥感信息获取,使得微纳卫星进一步走向适用化。


  微纳遥感卫星生长近况与趋向


  微纳卫星机动生长的重点
  微纳卫星比年来的旺盛生长同时得益于需求的不绝牵引和技术的快速提高。前者源头于如今用户在阅历了传统遥感受用的体验后,随着互联网和大数据头脑的影响,越来越对数据的时效性、得救性和运用机动性提出了更多样化的需求。后者则得益于微机电和信息技术的阶跃式生长,使得微纳卫星可以大约完成较高的结果密度,走向遥感受用。但同时还是需要相识到,受限于资源、低资源结实性危害和批量工程化难度,微纳卫星的生长仍要面对一些标题:
  1)低资源与高遵从。微纳卫星要完成快速生长,面对的紧张抵牾是既要求完成低资源,同时还要完成高遵从,低资源是条件和底子,高遵从是生长要求,两者分身才气失失高性价比。
  2)微纳卫星完成定量化遥感义务。传统卫星的料理思绪对资源和料理运转的要求显然不适用于微纳卫星,因此微纳卫星需要颠末新的技术料理定量化标题。
  3)资源受限条件下的平台载荷一体化设计。革新传统卫星设计头脑,颠末体系设计阐发,综合运用载荷资源寂静台资源,完成平台载荷一体化设计。


  微纳卫星技术未来生长趋向
  比年来,微纳卫星由于具有低资源、短周期、发射机动等突出特点,国表里浩繁财富局部和大学研讨机构纷纭参与,促使微纳卫星技术机动生长。微纳卫星的技术生长趋向可以从三个层次举行阐发:
  1)体系层面。低资源化是微纳卫星技术生长的告急方向。
  2)分体系或单机层面。采取集告成能单位化设计要领。完成星上射频配置通用化、软件化。采取机电热集成化设计,配置无缆化。
  3)运用层面。连合义务特点,针对卫星星座和星簇,采取星座化陈设,网络化运用;针对多星在轨义务,采取智能化、协混合;运用智能卫星自主理理技术,完成运控自主化;颠末卫星软件化、智能化特点,完成运用中转便捷化。


  微纳遥感卫星技术生长途径阐发


  以低资源为中心的微纳遥感卫星设计哲学
  高遵从微纳遥感卫星体系设计的中心标题是在低资源和资源告急受限条件下,为抵达较高的遥感定量化运用要求,怎样提高微纳结果遵从密度比。其设计哲学的中心是一体化体系设计,紧张颠末平台载荷一体化完成,包括底子级、结果级和义务级。在设计微纳卫星时,富裕采取面向用户义务特点的设计要领,充明白白用户运用场景,从卫星操控和数据获取的方便性方面入手,使得卫星好用、易用。
  (1)基于贸易现货的慎重设计
  微纳卫星由于集成度很高,需要大批采取COTS器件或组件,怎样用好贸易货架产品是一个需要重点存眷的技术。对COTS器件构成一套适用于微纳卫星的器件挑选要领,在轨验证后构成COTS器件库;敷衍COTS组件需要冉冉探求,构成适用于星载运用的COTS组件群,同时不绝更新美满。
  由于微纳卫星大批采取COTS器件或组件,需要在体系设计上举行增强设计,对COTS器件约莫存在的单粒子翻转或锁定举行体系层面的防护,采取单粒子翻转及谋略机复位后告急数据克复、单粒子锁定后自主加电等必要的技能,将出现的拦阻飞扬在单机或组件层面,短期自主克复,不影响体系义务。
  (2)范例化产品体系与研制流程模范
  在设计中要强化整星一体化设计,细致包括体系级一体化设计和单机结果的一体化设计,完成型号扁平化设计,淘汰单机产品数量。如采取综合电子一体化设计,提高卫星结果密度。综合电子将星载谋略机、测控、GPS、电源料理、姿轨控谋略与料理等结果模块集成同一料理。弱化分体系见地,采取以群众母板为供电信息互换中心的多模块组合方案,同一采取CAN总线,完成整星电子学高度集成、板卡化。
  采取构型一体化设计,提高单机紧凑度。从整星全局动身,将局部仪器配置的外壳作为布局的一局部,淘汰主承力布局设计的庞大性。构型一体化设计将进一步减轻卫星布局尺寸和整星质量。完成一体化很告急的一点是要创立范例化的技术体制,完成接口的范例化,具有一体化整合、结果革新的空间。
  卫星在设计和斲丧中都要思量资源的控制以及对用户基于资源的运用需求的餍足。这需要从研制流程、设计制造、产品包管和布局料理等多个维度来综合思量,重点存眷大批与批量化研制流程优化、范例化设计、先辈仿真设计技艺、COTS产品的运用与结实性包管、低资源卫星AIT与实行、料理情势等浩繁要素和关键。


  高遵从成像体系的创新开拓
  (1)探测器的革新换代,促进遥感器的轻小型化和高机动度。采取高遵从探测器,并有针对性设计光学体系与探测器相结婚,高度集成化,电路更轻更小、功耗更低,同时也会飞扬光学体系的体积范围。TDICCD推扫成像光学遥感器,可以时间延伸积分,可以一定水平上提高信噪比,采取大F数的光学体系,完成空中心区分率,但需要高坚定的姿态控制;面阵CMOS注视成像的光学遥器,可以机动地调停积分时间,高帧频视频成像情势,采取数字TDI技术,飞扬对卫星姿态坚定要求;面阵sCMOS等低噪声高帧频高动态范围探测器的进一步采取,将大幅度飞扬遥感器的体积范围,选拔成像质量,催生种种新的成像情势,促进从静态图像到动态视频的数据获取晋级。
  (2)在轨软技术的选拔,促进微纳卫星好用易用。实如今轨高精度高频次定标要领的普及运用,包管成像质量,促进遥感定量化运用。包括种种相对和相对辐射定标以及多少定标要领的普及采取,富裕发扬卫星自身的技艺和下风,尽管纵然不消约莫常用空中定标场和真实性查验场,可以在整个在轨业务化运转时期,以较小的价钱延续包管精度和质量,大幅度选拔微纳卫星的辐射、多少精度和成像质量,补充其遵从的不敷。
  在轨成像参数小气化设置,以富裕用好卫星潜能,包管失失高质量的数据源。在准确在轨标定的底子上,依据空中景色特性、光照条件、大气条件、成像情势等,连合遥感器的成像特性和微纳卫星的机动技艺,举行在轨小气化的参数设置(包括积分时间、TDI级数、增益等)和义务规划,有效发扬卫星体系的最大效益,在绝大少数条件下都能失失高质量的图像数据源。
  (3)新质料与新型布局设计。促进遥感器高坚定遵从和轻小型化轻小型光学遥感器采取高强度、低密度、低紧缩系数的质料作为反射镜及光机布局质料,如超薄碳化硅、轻质合金、碳纤维增强复合质料等。微纳卫星遥感器在采取新型轻质质料完成轻小型化的同时,全复合质料布局设计还可以大约消弭反射镜、光机布局等各部件因质料遵从差异惹起的不结婚性,完成体系的高坚定遵从。在采取零件模块化设计的微纳卫星布局中,卫星平台颠末柔性衔接布局对遥感器完成准静定支持。
  柔性衔接布局情势多样,布局机动,其柔性关键颠末自身变形吸取平台与遥感器之间温度应力及装置应力,其自身阻尼关键可有效隔绝平台振动,减小卫星平台对遥感器成像质量影响。并且柔性衔接布局质量轻,可有效减轻遥感器与平台的衔接关键质量。光学体系采取创新型高紧凑型设计头脑,颠末共体设计和高确定度超高精度先辈加工技术,可同时完成光学体系超高微型化和高遵从密度。