拓新研制思路的先行者—记高分－2卫星相机产品化研制之路

杨艳（北京空间机电研究所）

拓新研制思路的先行者—记高分－2卫星相机产品化研制之路

杨艳（北京空间机电研究所）

高分－2卫星工程是国家高分辨率对地观测系统重大专项中首批启动立项的重要项目之一，目标是与其他中、低分辨率地面覆盖观测手段结合，形成时空协调、全天候、全天时的对地观测系统，使我国掌握信息资源自主权，因此具有重大战略意义。由两台分辨率为1m全色/4m多光谱组合而成的相机是高分－2的“眼睛”，是现今我国焦距最长、分辨率最高的民用航天遥感相机，也是国际上同等分辨率幅宽最大的遥感相机，标志着我国民用航天遥感正式跨入“亚米级”时代。

在研制过程中，突破了大口径超长焦距光学系统水平重力卸载装校、海量数据处理等一系列高分辨率相机研制难关。高分-2相机首次采用了小相对孔径的设计理念，在同等光学系统口径下，分辨率比高分－1卫星提高了1倍，相机的质量和体积则为传统设计方案的1/3，达到国际先进水平。

高分－2不仅突破了以往的设计理念，还在产品化方面做出了有益的尝试。在梳理以往遥感器研制成功经验的基础上，将产品化的管理理念应用到在控制管理器和视频电路的研制中，不但提高了产品的成熟度，而且大大缩短了产品的研制周期。

面对型号研制任务多、周期短、研制人员相对不足的状况，相机控制技术研究室几年前就瞄准了模块化设计的大方向。由于各型号控制电路的原理、功能，甚至许多元器件都是相同的，所以在对遥感器管理控制电路进行标准电路模块化设计、接口进行标准化设计的基础上，完全可以实现各型号控制器电路求大同存小异。

秉承继承与创新相结合的原则，技术人员首先把管理控制电路细化成小的功能模块，对每个模块电路进行分析，选择最优方案。通过查询器件资料，进行模块的硬件电路仿真，找专家进行分析讲解，最终确定了管理控制电路的所有模块实现方法。这不仅保证了功能的正确，还充分考虑了可靠性、通用性和继承性。通过与有关部门的充分协调与沟通，技术人员又结合所有型号的建造规范，确定并统一了对外接口形式。经过反复的讨论与实践，一份整体方案慢慢成形。该方案兼具了电路模块设计最小最优化，机箱控制功能最大化，结构方便化，接口扩展便利化。由于前期方案设计阶段的工作非常充分，所以此后的详细设计可谓水到渠成。随着技术的进步，相机后续型号内部总线的传输速度由100Kbit、500Kbit升级到1Mbit，管理控制器的核心处理器有8位升级到32位，但都是依据高分－2的1m/4m分辨率相机完成的型谱定型设计。

高分－2的1m/4m分辨率相机是首台在轨大规模采用视频电路模块化设计的相机。经过多年成功型号的经验积累，北京空间机电研究所视频电子学研究室建立起装有上百个小模块的数据库，每个小模块都经过了在轨验证，从而保证了产品的高可靠。如果一名设计师“单打独斗”，从选定芯片到配备电阻电容开始做起，那么完成一个电路板大约需要2个多月的时间；采用数据库中的小模块像搭积木一样将成熟的零部件组装在一起，从设计到投产最快只需20天就能完成。老一代遥感卫星只有10块视频电路版的需求，高分－2的1m/4m相机共使用了60多块电路板。现在的遥感器对分辨率和幅宽都有较高的要求，这不仅需要多片CCD器件进行拼接，还要相机具备强大的后台处理能力，几何式增加的工作量让以往的设计方式已经捉襟见肘，逐渐走向产品化不仅是经验的积累，更是未来发展的必然趋势。

目前，北京空间机电研究所控制技术研究室、视频电子学研究室，都成功形成了模块化的研制思路，未来后续多个型号的电子学系统都将直接借鉴该相机的拓扑形式，所以能极大程度地缩短视频电路和相机控制器的研制周期，提升遥感器研制实力。