拓新研制思路的先行者—記高分－2衛星相機產品化研制之路

楊艷（北京空間機電研究所）

拓新研制思路的先行者—記高分－2衛星相機產品化研制之路

楊艷（北京空間機電研究所）

高分－2衛星工程是國家高分辨率對地觀測系統重大專項中首批啟動立項的重要項目之一，目標是與其他中、低分辨率地面覆蓋觀測手段結合，形成時空協調、全天候、全天時的對地觀測系統，使我國掌握信息資源自主權，因此具有重大戰略意義。由兩臺分辨率為1m全色/4m多光譜組合而成的相機是高分－2的“眼睛”，是現今我國焦距最長、分辨率最高的民用航天遙感相機，也是國際上同等分辨率幅寬最大的遙感相機，標志著我國民用航天遙感正式跨入“亞米級”時代。

在研制過程中，突破了大口徑超長焦距光學系統水平重力卸載裝校、海量數據處理等一系列高分辨率相機研制難關。高分-2相機首次采用了小相對孔徑的設計理念，在同等光學系統口徑下，分辨率比高分－1衛星提高了1倍，相機的質量和體積則為傳統設計方案的1/3，達到國際先進水平。

高分－2不僅突破了以往的設計理念，還在產品化方面做出了有益的嘗試。在梳理以往遙感器研制成功經驗的基礎上，將產品化的管理理念應用到在控制管理器和視頻電路的研制中，不但提高了產品的成熟度，而且大大縮短了產品的研制周期。

面對型號研制任務多、周期短、研制人員相對不足的狀況，相機控制技術研究室幾年前就瞄準了模塊化設計的大方向。由于各型號控制電路的原理、功能，甚至許多元器件都是相同的，所以在對遙感器管理控制電路進行標準電路模塊化設計、接口進行標準化設計的基礎上，完全可以實現各型號控制器電路求大同存小異。

秉承繼承與創新相結合的原則，技術人員首先把管理控制電路細化成小的功能模塊，對每個模塊電路進行分析，選擇最優方案。通過查詢器件資料，進行模塊的硬件電路仿真，找專家進行分析講解，最終確定了管理控制電路的所有模塊實現方法。這不僅保證了功能的正確，還充分考慮了可靠性、通用性和繼承性。通過與有關部門的充分協調與溝通，技術人員又結合所有型號的建造規范，確定并統一了對外接口形式。經過反復的討論與實踐，一份整體方案慢慢成形。該方案兼具了電路模塊設計最小最優化，機箱控制功能最大化，結構方便化，接口擴展便利化。由于前期方案設計階段的工作非常充分，所以此后的詳細設計可謂水到渠成。隨著技術的進步，相機后續型號內部總線的傳輸速度由100Kbit、500Kbit升級到1Mbit，管理控制器的核心處理器有8位升級到32位，但都是依據高分－2的1m/4m分辨率相機完成的型譜定型設計。

高分－2的1m/4m分辨率相機是首臺在軌大規模采用視頻電路模塊化設計的相機。經過多年成功型號的經驗積累，北京空間機電研究所視頻電子學研究室建立起裝有上百個小模塊的數據庫，每個小模塊都經過了在軌驗證，從而保證了產品的高可靠。如果一名設計師“單打獨斗”，從選定芯片到配備電阻電容開始做起，那么完成一個電路板大約需要2個多月的時間；采用數據庫中的小模塊像搭積木一樣將成熟的零部件組裝在一起，從設計到投產最快只需20天就能完成。老一代遙感衛星只有10塊視頻電路版的需求，高分－2的1m/4m相機共使用了60多塊電路板。現在的遙感器對分辨率和幅寬都有較高的要求，這不僅需要多片CCD器件進行拼接，還要相機具備強大的后臺處理能力，幾何式增加的工作量讓以往的設計方式已經捉襟見肘，逐漸走向產品化不僅是經驗的積累，更是未來發展的必然趨勢。

目前，北京空間機電研究所控制技術研究室、視頻電子學研究室，都成功形成了模塊化的研制思路，未來后續多個型號的電子學系統都將直接借鑒該相機的拓撲形式，所以能極大程度地縮短視頻電路和相機控制器的研制周期，提升遙感器研制實力。