环境减灾卫星a、b星ccd相机的技术特点及应用前景

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1、环境减灾卫星A、B星CCD相机的技术特点及应用前景贾福娟吴雁林黄颖曹东晶北京空间机电研究所，北京100190摘要：环境减灾卫星A、B星于2008年9月6日在太原卫星发射中心成功发射，A星与B星装载的五O八所研制的宽覆盖多光谱CCD相机实现地面像元分辨率优于30米、对地幅宽大于700公里、4个谱段推扫成像。CCD相机自2008年9月8日首次开机成像后，在灾害监测预报、环境监测监查和国际支援等活动中获取了大量遥感数据。本文介绍了CCD相机的设计原理、技术特点、在轨应用情况及应用前景。关键词：HJ-1-A、B卫星CCD相机技

2、术特点应用前景1引言环境与灾害监测卫星体系是我国继气象、海洋、资源卫星之后一个全新的民用卫星，是中国首个以灾害和环境监测为主要用途的卫星监测体系。环境减灾星座A、B卫星（HJ-1-A、B）于2003年2月经三部委批准立项，是“卫星环境、减灾观测与预报系统”的天基部分，于2008年9月6日发射成功，A、B卫星在一个轨道面内飞行，主要用于对生态环境和灾害进行大范围、全天候动态监测，及时反映生态环境和灾害发生、发展过程，对生态环境和灾害发展变化趋势进行预测，是我国首次发射专门用于环境和灾害监测预报的卫星。A星与B星均装载了五

3、O八所研制的宽覆盖多光谱CCD相机（以下简称CCD相机），实现地面像元分辨率优于30米、对地实测幅宽大于780公里，是国内外同等分辨率的多光谱相机中幅宽最大的，通过双星组网可以将重访周期缩短到两天，图像数据广泛应用于灾害监测与评估、灾后恢复重建、环境监测监查等方面。2主要技术指标CCD相机的主要技术指标见表1。表1CCD相机的主要技术指标Table1MainparametersofHJ-1-A,BCCDcamera项目指标幅宽(km)360(2台组合≥700)两台相机的视场重叠（km）5～20星下点地面像元分辨率(m)

4、≤30谱段设置µmB1：0.43~0.52；B2：0.52～0.60；B3：0.63～0.69；B4：0.76～0.90系统各谱段全视场的MTFB1~B3：≥0.20；B4：≥0.20信噪比≥48dB像元配准精度≤0.3像元量化值(bit)8定标精度相对定标精度≤5%，绝对定标精度≤10%（试验室定标）重量(kg)≤70寿命(年)≥33技术特点3.1相机总体技术[1]环境减灾A、B卫星宽覆盖多光谱CCD相机是目前国际上幅宽最宽的中高分辨率多光谱相机，也是国际上第一台专门用于环境监测和灾害预报的多光谱相机，具有中高地面分

5、辨率（地面像元分辨率达到30米）、宽观测带宽（幅宽达780公里）。单星CCD相机影像覆盖范围相当于4幅美国陆地卫星Landsat/TM影像的覆盖范围，通过采用小卫星双星组网进行接力成像，实现了可见光多光谱图像2天的重复观测周期，对我国减灾救灾、环境保护的科技支撑作用具有里程碑的意义。CCD相机的系统设计具有以下特点：a相机采用单镜头棱镜分光及小像元长线阵CCD的系统方案实现了宽覆盖、中高分辨率的多光谱成像。采用光敏面较小的探测器必然带来系统能量设计的技术难点，高空间频率也带来光学系统的研制难度，本方案通过优化系统设计参

6、数较好地解决了小像元探测器与光学系统设计的平衡。国外其它宽覆盖成像系统多采用摆扫方案或多镜头分谱段的方案，本方案与摆扫方案相比无扫描部件，可靠性高、功耗低，对卫星平台无扰动；与多镜头分光相比配准精度高、体积小、重量轻，更适合小卫星平台。b实现了轻小型低功耗的设计。为满足小卫星平台的承载要求，相机采用了小像元CCD，光学系统形式的选择和设计做到了结构紧凑、小巧。除此之外，相机支撑基座采用框架式结构，在仿真分析及试验验证的基础上进行适当的刚度设计并采取阻尼措施，以较小的重量获得了良好的结构特性；另外，光学系统还进行了热离焦

7、自补偿设计，大大放宽了光学系统对热控的要求。3.2大视场超复消色差光学系统[2][5]国内首次在多光谱相机上采用6.5µm的小像元、长线阵（单片12000元）器件，缩短了光学系统焦距、避免了焦面多片器件拼接，相机外形尺寸小、重量轻，适合小卫星平台。环境减灾卫星CCD相机采用6.5µm小像元超长线阵CCD，在减轻重量、缩小体积的同时，由于空间频率高（77lp/mm），给光学系统设计增加了更大的难度；相机谱段宽（0.43µm~0.90µm）、视场角大，对光学系统传函、色畸变差要求更加苛刻。高空间频率、大视场、宽谱段对于光学

8、系统的像差控制带来了前所未有的挑战，体现在更高的面形及位置精度、后截距较短带来的分光棱镜的研制难度、小像元带来更高的配准精度要求等等。在研制中通过设计优化，工艺改进、过程控制使光学系统达到了良好的成像品质。通过高质量的折射式像方远心光路大视场超复消色差光学系统设计，为整个相机的高质量成像奠定了坚实的基础，是目前我国在轨单镜头研制出