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长春光机所航天光学遥感器研制基地建设进展

宣明 王家骐

宣明, 王家骐. 长春光机所航天光学遥感器研制基地建设进展[J]. 中国光学, 2015, 8(1): 1-16. doi: 10.3788/CO.20150801.0001
引用本文: 宣明, 王家骐. 长春光机所航天光学遥感器研制基地建设进展[J]. 中国光学, 2015, 8(1): 1-16. doi: 10.3788/CO.20150801.0001
XUAN Ming, WANG Jia-qi. Current status of space remote sensing equipments research base in CIOMP[J]. Chinese Optics, 2015, 8(1): 1-16. doi: 10.3788/CO.20150801.0001
Citation: XUAN Ming, WANG Jia-qi. Current status of space remote sensing equipments research base in CIOMP[J]. Chinese Optics, 2015, 8(1): 1-16. doi: 10.3788/CO.20150801.0001

长春光机所航天光学遥感器研制基地建设进展

doi: 10.3788/CO.20150801.0001
详细信息
    通讯作者:

    宣 明(1956—),男,江苏常州人,研究员,博士生导师,1985年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得硕士学位,主要从事MEMS技术、精密机械方面的研究。E-mail:xuanm@ciomp.ac.cn

    王家骐(1940—),男,江苏苏州人,中国科学院院士,博士生导师,1963年于哈尔滨工业大学获得学士学位,1966年于中国科学院长春光学精密机械研究所获得硕士学位,主要从事光学遥感技术、瞄准技术、星敏感器和星模拟器技术等方面的研究。

  • 中图分类号: TP732;V443.5

Current status of space remote sensing equipments research base in CIOMP

  • 摘要: 通过20多年的努力, 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称长春光机所)现已成为我国航天光学遥感器研制领域的重要基地。本文在回顾其发展历史的基础上, 详实地介绍了近10年来长春光机所在这一领域取得的技术进步, 涵盖了航天光学遥感器研究、设计、制造、装调、检测、试验等各个方面。
  • 图  1  SiC高温真空烧结炉

    Figure  1.  SiC high temperature vacuum sintering furnace

    图  2  利用低温消失模技术实现SiC反射镜的背部半封闭结构

    Figure  2.  Back semi-closed structure of SiC mirror by the EPC technology at low temperature

    图  3  Φ 2.4 m SiC素坯

    Figure  3.  SiC biscuit with Φ 2.4 m

    图  4  Φ 2.4 m RBSiC镜坯

    Figure  4.  SiC mirror substrate with Φ 2.4 m

    图  5  Φ 4.0 m SiC连接镜体素坯

    Figure  5.  SiC biscuit of joining mirror with Φ 4.0 m

    图  6  Φ 200 mm和Φ 500 mm超轻RBSiC镜坯

    Figure  6.  Ultrlight RBSiC mirror blank with Φ 200 mm and Φ 500 mm

    图  7  Φ 200 mm超轻RBSiC反射镜

    Figure  7.  RBSiC mirror with Φ 200 mm

    图  8  非球面数控光学加工中心

    Figure  8.  Numerical controlled machining center for aspherical mirror

    图  9  大口径碳化硅反射镜抛光设备

    Figure  9.  Polishing machine for large scale SiC mirror

    图  10  五轴联动超声振动加工中心

    Figure  10.  Five-axis ultrasonic vibration machining center

    图  11  自由曲面组合加工技术

    Figure  11.  Combined machining technology of freeform surfaces

    图  12  超光滑表面加工

    Figure  12.  Processing for ultra smooth surface

    图  13  不同口径的镀膜机

    Figure  13.  Coating machines with different diameters

    图  14  薄膜特性检测设备

    Figure  14.  Film property testing equipment

    图  15  SiC反射镜改性前后表面对比

    Figure  15.  Comparison of SiC mirror surface before and after modification

    图  16  单片式多光谱滤光片

    Figure  16.  One-chip multispectral filters

    图  17  Φ 800 mm口径干涉仪

    Figure  17.  Interferometer with Φ 800 nm

    图  18  高精度折射率测量机

    Figure  18.  High precision refractive index measuring machine

    图  19  三坐标测量机

    Figure  19.  Three-coordinate measuring machine

    图  20  激光跟踪仪

    Figure  20.  Laser tracker

    图  21  镜面定位仪

    Figure  21.  Mirror locator

    图  22  交汇测量系统

    Figure  22.  Intersection measuring system

    图  23  电子学系统检验实验室

    Figure  23.  Electronics system test laboratory

    图  24  电子学性能检验实验室

    Figure  24.  Electronics properties test laboratory

    图  25  电磁兼容实验室

    Figure  25.  EMC laboratory

    图  26  计算机辅助装调现场

    Figure  26.  Computer-aided alignment

    图  27  大口径定心仪

    Figure  27.  Large-scale eccentricity error measurement instrument

    图  28  大口径积分球

    Figure  28.  Large-scale integrating sphere

    图  29  内方位元素标定系统

    Figure  29.  Calibration system of inner orientation elements

    图  30  TDICCD 器件性能测试系统

    Figure  30.  Measurement system for TDICCD performance

    图  31  高精度大量程CCD拼接仪

    Figure  31.  CCD assembling instrument with high precision and wide range

    图  32  光学性能检测设备

    Figure  32.  Optical performance testing equipment

    图  33  10万级防静电超净工作间

    Figure  33.  Antistatic super-clean working cabin with 105 class

    图  34  2013年获得IPC在美国圣地亚哥举办的首届手工焊接世界冠军赛季军

    Figure  34.  Staff of CIOMP won the third place for the 1st hand soldering competition and IPC world championship in 2013

    图  35  振动台

    Figure  35.  Vibrostand

    图  36  大型光学遥感器空间环境模拟试验设备

    Figure  36.  Space environment simulation test equipment of large scale optical remote sensors

    图  37  测绘相机用热真空试验设备

    Figure  37.  Thermal vacuum test equipment for surveying and mapping camera

    表  1  计算像移速度矢量数学模型四个版本的简要说明

    Table  1.   Brief description for four versions of mathematic model of calculating image motion velocity vector

    版本号数学模型的完善过程应用的局限性载荷的应用情况
    第一版定义18个影响像移速度矢量的参数;只适用于同轴光学系统的星下点2003年,XX_5星下点摄像;
    建立7个坐标系;摄像;2005年,XX_6星下点摄像;
    进行7个坐标系之间共11次齐次线性变换;
    从物空间到像空间的位置场映射;
    建立像面位置方程;
    求解像面像移速度矢量;
    第二版定义18个影响像移速度矢量的参数;可应用于离轴光学系统;
    建立7个坐标系;只分别适用于卫星侧摆或前后摆
    引入光轴、视轴和光线的概念;姿态下的摄像;
    进行7个坐标系之间共11次齐次线性变换;只分别适用于卫星侧摆或前后摆姿
    从物空间到像空间的位置场映射;态下的摄像;要区分左、右摆,南北极,
    建立像面位置方程;上、下行的8种组合;前、后摆、
    求解像面像移速度矢量;南、北半球,上、下行的8种组合,
    引入并单独补充计算投影畸变和地球曲率共16种情况进行计算;
    半径畸变形成的偏流角;由投影畸变和地球曲率半径畸变产
    生的畸变偏流角需单独补充计算;
    第三版定义18个影响像移速度矢量的参数;由于釆用位置场的映射,和投影畸2009年,XX_9首星,
    建立8个坐标系(引入过景点星下垂线地平变、地球曲率半径畸变的单独计算,最大侧摆角40度摄像
    坐标系);造成18个参数之间的相关项漏算,(TDICCD片与片之间
    引入光轴、视轴和光线的概念,并进行光线追迹;得到的像移速度矢量,无论是由于计算得到的像
    进行8个坐标系之间共15次齐次线性变换;大小和方向上都有理论误差移速度矢量误差大,
    从物空间到像空间的位置场映射;特别在大卫星姿态时,误差值都会明显地在交叉拼
    建立像面位置方程;很大,引起图像传函下降;接处的图像有漏缝)
    求解像面像移速度矢量;
    引入并单独计算投影畸变和地球曲率半径
    畸变形成的偏流角;
    第四版定义18个影响像移速度矢量的参数;无应用的局限性(1)2011年和2013年,
    建立8个坐标系(引入过景点星下垂线地平坐XX-9,02星,XX-9,03星,
    标系);最大侧摆角40度摄像;
    引入光轴、视轴和光线的概念,并进行光线追迹;(2)2011年,T_XX_1,
    进行8个坐标系之间共15次齐次线性变换;最大侧摆角:15度摄像;
    求解物空间速度矢量;(3)2013年,K_XX_1,
    从物空间到像空间的速度场映射,得到像面像移最大侧摆角:45度摄像;
    速度矢量;(4)2014年,K_XX_2,
    最大侧摆角:45度摄像,
    都取得了清晰的图像。
    下载: 导出CSV

    表  2  在不同的侧摆角下,每月可对一个目标摄像的次数和可覆盖的地面宽度(注:轨道倾角42.75°,轨道高度400 km)

    Table  2.   Numbers to shoot one target per month and coverable width of the ground under different lateral angulars(note:orbit inclination is 42.75°,and orbit altitude is 400 km)

    可摄像的次数/月 太阳高角/(°) 可覆盖的地面宽度/km (光学遥感器视场:1.5°)
    10203040
    侧摆角/(°)±5°211070.01
    ±10°2110141.20
    ±15°3220214.85
    ±25°8441375.68
    ±35°11752569.25
    45°161273827.42
    下载: 导出CSV

    表  3  地面规划的三次规划工作内容表

    Table  3.   Three planning work content of ground planning

    规划摄像模式规划前已知的参数规划后得到的参数
    第一次规划沿轨纯侧轨道到地球质心的距离:H0 摄像点卫星运行的圈数:nk1
    推扫摄像;轨道倾角:i0摄像点轨道的象限位置:mk1(上行、下行,南半
    非沿轨倾卫星第一降交点时刻:tk0球、北半球);
    斜方向推在降交点地球坐标系E中给出的摄像点相对第一降交点的摄像时刻:tk1
    扫摄像;第一降交点经度:α0摄像点轨道地球中心角:γ01=Ωtk1
    在地理坐标系Ge中给出的第一降交点摄像时星下点的经度:αk1
    经度:αEαW0摄像时星下点的纬度:λk1
    相机可以应用的最大侧摆角:φmax摄像时卫星的侧摆姿态角:φ1
    相机可以应用的最大俯仰角:max摄像时星下点太阳天顶角:Ek
    景点在地球坐标系中的经度:αEgαWg摄像时景点的太阳天顶角Eg
    景点在地球坐标系中的纬度:λNgλSg
    景点的地心距:Rg
    第二次规划任意方向沿第一次规划前已知的参数;摄像点卫星运行的圈数:nk2
    轨推扫摄第一次规划后得到的参数; 摄像点轨道的象限位置:mk2
    像;对同一景设定摄像时需要的卫星俯仰姿态角:2≠0;摄像点相对第一降交点的摄像时刻:tk2
    区多幅拼接摄像点轨道地球中心角:γ02=Ωtk2
    推扫摄像;摄像时星下点的经度:αk2
    对一个景区摄像时星下点的纬度:λk2
    的凝视摄像;摄像时卫星的侧摆姿态角:φ2
    第三次规划对同一景第一、二次规划前已知的参数;根据摄像时刻星下点位置所对应的偏航姿态调
    区立体推第二次规划后得到的参数;整角(原始偏流角):βsk3
    扫摄像;摄像时卫星的姿态角:φ33
    其它摄像参数都不变,即:
    tk3=tk2,αk3=αk2,λk3=λk2
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图(37) / 表(3)
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-11
  • 录用日期:  2014-12-13
  • 刊出日期:  2015-01-25

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