遥感卫星扰振对TDICCD相机图像影响的仿真与分析.pdf

第 34卷 第 6期
航 天返回 与遥 感
2013年 12月
遥感卫星扰振对 TDICCD 相机图像影响的
仿真与分析
安萌 郭高峰 王啸虎 韩波
北京空 间飞行 器总体 设计部 ,北京 100094
摘 要 随着传输型遥感卫星结构的扩大化及灵活性的增强,对图像品质产生影响的扰振越来越受
到重视。当遥感卫星在轨进行成像时,相机的图像品质会由于星上活动部件的运动的影响而下降。文章
从调制传递函数Modulation Transfen Function, MTF角度出发,对不同工况下太阳翼转动驱动机构
BAPTA和动量轮对图像品质的影响进行了仿真和评估。同时,针对高分辨率相机成像品质影响,从
动力学仿真方面对星体扰振的幅值和频率进行了有限元分析,确定了扰振源的频率和幅值。最后,根据
仿真分析结果,提出了星上扰振控制方案建议。
关键 词 扰振 图像品质 调制传递函数 有限元分析 遥感卫星
中 图分类 号: P231 文献标 志码: A 文章编 号: 1009-8518201306-0057-09
收 稿日期 :2013-07-16
基 金项目 :国家 重大科 技专项 工程 第 34卷 第 6期
航 天返回 与遥 感
2013年 12月
58 SPACECRAFT RECOVER航 天 返 回 Y REMOTE SENSING与 遥 感 2013 年第 3457卷
1 引言
随着传 输型 遥感卫 星结 构的日 益大 型化与 柔性 化,其 颤振 的问题 也变 得越来 越突 出。本 文以 资源
遥感卫星扰振对 TDICCD 相机图像影响的
号02C 搭载 的 TDICCD 相 机为例, 分析 了卫星 活动部 件的 转动对 相机 图像品 质的 影响 。 遥 感 卫星在
轨 摄像期 间, 其活动 部件 的各种 运动 将会引 起相 机镜头 的抖 动响应 ,从 而对图 像品 质产生 定 的影响。
仿真与分析
这 种抖动 响应 中不能 依靠 控制系 统进 行测控 并进 行抑制 的成 分称为 颤振 。TDICCD 正 常 工作的 基本前提
是 光电电 荷包 的转移 速度 与焦平 面上 图像的 转移 速度完 全同 步,由 于颤 振带来 的匹 配误差 会导 致像移,
安萌 郭高峰 王啸虎 韩波
产 生图像 模糊 ,从而 降低 成像品 质。
北京空 间飞行 器总体 设计部 ,北京 100094
本 文利用 力学 仿真手 段, 首先对 星上 扰振产 生的 原因进 行分 析,然 后利 用相机的 MTF 作为 仿真评
价 的标准 ,着 重分析 了星 上扰振 源对 图像品 质影 响的程 度。 同时, 结合 卫星的 活动 部件, 如太 阳翼转动
摘 要 随着传输型遥感卫星结构的扩大化及灵活性的增强,对图像品质产生影响的扰振越来越受
驱 动机构 BAPTA 、动量轮 MW 等 设备 , 将 其 在不同 工况 组合下 的地 面测试 结果 与在轨 模态 仿真数
到重视。当遥感卫星在轨进行成像时,相机的图像品质会由于星上活动部件的运动的影响而下降。文章
据 进行了 分析 比对, 找到 了造成 成像 品质下 降的 星体模 态响 应。昀 后对 飞行时 星体 动力学 进行 了定量分
从调制传递函数Modulation Transfen Function, MTF角度出发,对不同工况下太阳翼转动驱动机构
析 ,得到 了星 上主要 的响 应频率 ,并 给出了 主要 的解决 措施 。
BAPTA和动量轮对图像品质的影响进行了仿真和评估。同时,针对高分辨率相机成像品质影响,从
动力学仿真方面对星体扰振的幅值和频率进行了有限元分析,确定了扰振源的频率和幅值。最后,根据
2 星上主要扰振源分析
仿真分析结果,提出了星上扰振控制方案建议。
关键 词 扰振 图像品质 调制传递函数 有限元分析 遥感卫星
星 上的扰 振源 主要来 自于 卫星的 运动 部件 , 卫 星 昀直接 的运 动部件 为动 量轮以及 BAPTA,以下分
中 图分类 号: P231 文献标 志码: A 文章编 号: 1009-8518201306-0057-09
别 进行分 析。
2.1 动量 轮
动 量轮转 动产 生的干 扰主 要来自 其静 不平衡 与动 不平衡 , 当 动量轮 转速 为? 时 , 引起 的干扰力 F与
干 扰力矩 M 可 近似看 作为 正弦波 。
式中 S 为 静不平 衡量 ;I 为动不平 衡量;? 为转速 。
典 型的振 动幅 值、活 动部 件转速 和振 动频率 的关 系如图 1 所 示,图 1中 X 轴为 振动 的频率 ,Y 轴为
活 动部件 的转 速,Z 轴为 振动的 幅值 。但 作 为 对 动量轮 干扰 的初步 分析 ,可 以 将 静动不 平衡量 作为基本
指标。
图 1 典 型的振 动幅值 、活动 部件转 速和振 动频率 间的关 系
收 稿日期 :2013-07-16
基 金项目 :国家 重大科 技专项 工程 第 34卷 第 6期
航 天返回 与遥 感
2013年 12月
58第 6期 安萌 等 SPACECRAF : 遥感卫星扰振 T RECOVER航 对天 TD返 ICCD回 Y REMOTE SENSING与相机图 遥 感像影 响的仿真与分 析 2013 年第 3457 59卷
正 常姿态 下, 正装 动量轮 在预置 的标 称转速1 700rmin,即 28Hz附近 工作 。 正 装轮和 斜装轮 的动 不
1 引言
平 衡引起 的滚 动、俯 仰和 偏航 3 轴的 干扰力 矩是 个高 频频 率同轮 子转 动频率的 输 入,将 引起 卫星 姿
态 角和角 速度 的周期 性波 动。 如表 1 所示 , 惯量昀 小的卫 星俯 仰轴 1 600kgm 引 起姿态 角和角 速度 的变
随着传 输型 遥感卫 星结 构的日 益大 型化与 柔性 化,其 颤振 的问题 也变 得越来 越突 出。本 文以 资源
遥感卫星扰振对 TDICCD 相机图像影响的
化分别 为?1.2?10 和?2.2?10s。轮 子静不 平衡 同样会 引起 卫星姿 态角 和角速 度的 周期性 波
号02C 搭载 的 TDICCD 相 机为例, 分析 了卫星 活动部 件的 转动对 相机 图像品 质的 影响 。 遥 感 卫星在
动 ,对于 惯量 昀小的 卫星 俯仰轴 ,按 均方根 意义 估计, 4 个 轮子静 不平 衡引起 的姿 态角和 角速 度变化分
轨 摄像期 间, 其活动 部件 的各种 运动 将会引 起相 机镜头 的抖 动响应 ,从 而对图 像品 质产生 定 的影响。
仿真与分析
别为?3.3?10和?6.2?10s。 滚动和 偏航 方向的 影响 较小, 可以 忽略不 计。
这 种抖动 响应 中不能 依靠 控制系 统进 行测控 并进 行抑制 的成 分称为 颤振 。TDICCD 正 常 工作的 基本前提
是 光电电 荷包 的转移 速度 与焦平 面上 图像的 转移 速度完 全同 步,由 于颤 振带来 的匹 配误差 会导 致像移,
表 1 动 量轮转 动产生 俯仰方 向的动静不平 衡度技 术指标 及指标 实现情 况
安萌 郭高峰 王啸虎 韩波
产 生图像 模糊 ,从而 降低 成像品 质。
北京空 间飞行 器总体 设计部 ,北京 100094
指标 对 姿态角 的影响 对 角速度 的影响s
本 文利用 力学 仿真手 段, 首先对 星上 扰振产 生的 原因进 行分 析,然 后利 用相机的 MTF 作为 仿