基于天基光学探测图像初析南大西洋异常区影响

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1、2015年10月中国空间科学技术33笙!塑—』些兰兰垒竺垒墼丝些兰型』墼坠些堡兰———————一基于天基光学探测图像初析南大西洋异常区影响张科科1’2’3李宗耀2胡海鹰2朱振才2杨根庆1’2(1上海微系统与信息技术研究所，上海200050)(2上海微小卫星工程中心，上海201203)(3中国科学院大学，北京100039)摘要文章针对目前在轨运行的高灵敏度探测类可见光遥感器经过南大西洋异常区(SouthAtlanticAnomaly，SAA)时出现的探测能力降低、目标无法识别等现象，通过卫星在轨获取的SAA天基探测图像研究图像中出现的

2、异常现象机理；提出了基于CCD探测器固有暗像元区的图像特征变化开展SAA影响评估的方法，根据在轨图像暗像元区的均值和标准差、图像区的热像素及活像元等特征参数的统计分析，判断经过SAA过程中连续获取的图像中出现显著影响时的拐点，通过曲线拟合估算出该轨道高度的SAA空间分布特征和边界，依此进一步提出利用在轨天基探测图像给出测量影响该轨道高度卫星SAA区域边界的简单方法；最后，基于SAA对天基探测器件的影响分析结果和认识，给出了高灵敏度探测类卫星避免或消除SAA影响的改进措施和建议。文章采用的数据分析和评估方法为提升SAA对天基探测影响的

3、认识，以及下一步有效开展空间碎片探测工作提供参考。关键词南大西洋异常区；高能粒子；暗像元；热像素；活像元；天基探测；卫星DOI：i0．3780／j．issn．1000—758X．2015．05．0051引言南大西洋异常区(SouthAtlanticAnomaly，SAA)是指地球上一片地磁最弱的区域，其中心约位于西经45。，南纬30。，覆盖范围遍及南美洲南部及南大西洋海域，如图1所示。经度(。)图1SAA在670km高度的空间分布Fig．1SpatialdistributionofSAAregionat670kmaltitude收稿

4、日期：2015-01—30。收修改稿日期：2015-07—14V甜高能粒子大于M刮通量分布甜丌C叠■●-两】==㈠二=㈡=二U¨㈡¨■■■■●●■■)叭Hi!主垦窒塑登堂堇查!!!!生!旦旦由于南大西洋磁异常区为负磁异常区，使得内辐射带在该区域的高度明显降低，三维结构像一个漏斗，其最低高度可降至200～300km左右n3

5、，形成辐射带的南大西洋异常区(SAA)。SAA是引起低轨道航天器辐射损伤严重的区域，也是带电粒子诱发航天器异常或故障的高发区，常规的低轨卫星均会经过SAA且受其影响，特别是对高灵敏度的探测类可见光遥感器，高能粒子会

6、造成CCD器件噪声异常增加，灵敏度和探测性能下降，甚至在累计辐射剂量超过承受要求时引起CCD器件的损坏[4。6]。同时，对于卫星的电子学部分也容易引起发生单粒子事件。目前在轨天基探测卫星(如哈勃望远镜、美国“中段空间试验”卫星天基可见光相机(MSX—SBV)、加拿大微小卫星“蓝宝石”(Sapphire)和“近地物体监视卫星”(NEOSSat)等)已探测并获取相关受SAA影响的图像数据它们主要以统计图像中出现的活像元、热像素、CCD转移效率等情况来表征SAA的影响程度，常以关闭镜头保护盖、载荷关机不工作、SAA数据处理、算法修正、退火

7、处理等为手段，来规避和减轻SAA的影响[7_9]。2013年7月，中国发射了天基空间碎片探测技术科学试验卫星，轨道高度670kin，轨道倾角97。，轨道周期98min，运行在晨昏太阳同步轨道。星上装载有空间碎片探测相机，采用高灵敏度CCD探测器，双通道输出(主要性能参数如表1所示)，首次获取了卫星通过SAA区域的天基光学探测图像，弥补了以往基于模型的地面分析仿真的不足。文章基于卫星获取的天基光学探测图像，通过卫星在轨获取的SAA天基探测图像，对图像中出现的异常现象机理及评估SAA影响程度的方法开展研究。2SAA天基探测图像现象和原因

8、2．1受SAA影响的图像现象表1天基探测相机主要性能参数名称参数相机口径15cm相机视场2．5。CCD规格1024像素×1024像素像元尺寸13um读出通道数2卫星执行空间碎片探测试验任务中，先后多次经历了SAA，有效载荷探测相机在此区域开机成像。图2(a)和(b)是探测相机在同一轨中通过SAA区域时和通过后获取的反色后图像(原图像中的白色亮点、亮斑和亮线呈黑点、黑斑、黑线状)，通过比较可以明显看到，图2(a)卫星经过SAA区域获取的图像受到了大量高能质子的轰击，由此引起的星点状和条痕状现象明显，星点状现象导致图像中亮点大量增加，与

9、恒星背景混杂在一起，目视无法有效区别；图2(b)卫星经过SAA区域后获取的图像条痕状和干扰星点状现象较少。a)通过SAAI)(域时(b)通过SAAIx．"域后图2获取的天基探测图像Fig．2Acquiredspacedbasedvis