拓新研制思路的先行者—記高分－2衛(wèi)星相機(jī)產(chǎn)品化研制之路

楊艷（北京空間機(jī)電研究所）

拓新研制思路的先行者—記高分－2衛(wèi)星相機(jī)產(chǎn)品化研制之路

楊艷（北京空間機(jī)電研究所）

高分－2衛(wèi)星工程是國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)中首批啟動(dòng)立項(xiàng)的重要項(xiàng)目之一，目標(biāo)是與其他中、低分辨率地面覆蓋觀測(cè)手段結(jié)合，形成時(shí)空協(xié)調(diào)、全天候、全天時(shí)的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，使我國(guó)掌握信息資源自主權(quán)，因此具有重大戰(zhàn)略意義。由兩臺(tái)分辨率為1m全色/4m多光譜組合而成的相機(jī)是高分－2的“眼睛”，是現(xiàn)今我國(guó)焦距最長(zhǎng)、分辨率最高的民用航天遙感相機(jī)，也是國(guó)際上同等分辨率幅寬最大的遙感相機(jī)，標(biāo)志著我國(guó)民用航天遙感正式跨入“亞米級(jí)”時(shí)代。

在研制過程中，突破了大口徑超長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)水平重力卸載裝校、海量數(shù)據(jù)處理等一系列高分辨率相機(jī)研制難關(guān)。高分-2相機(jī)首次采用了小相對(duì)孔徑的設(shè)計(jì)理念，在同等光學(xué)系統(tǒng)口徑下，分辨率比高分－1衛(wèi)星提高了1倍，相機(jī)的質(zhì)量和體積則為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的1/3，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

高分－2不僅突破了以往的設(shè)計(jì)理念，還在產(chǎn)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(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品化的管理理念應(yīng)用到在控制管理器和視頻電路的研制中，不但提高了產(chǎn)品的成熟度，而且大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。

面對(duì)型號(hào)研制任務(wù)多、周期短、研制人員相對(duì)不足的狀況，相機(jī)控制技術(shù)研究室?guī)啄昵熬兔闇?zhǔn)了模塊化設(shè)計(jì)的大方向。由于各型號(hào)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(duì)遙感器管理控制電路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)電路模塊化設(shè)計(jì)、接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完全可以實(shí)現(xiàn)各型號(hào)控制器電路求大同存小異。

秉承繼承與創(chuàng)新相結(jié)合的原則，技術(shù)人員首先把管理控制電路細(xì)化成小的功能模塊，對(duì)每個(gè)模塊電路進(jìn)行分析，選擇最優(yōu)方案。通過查詢器件資料，進(jìn)行模塊的硬件電路仿真，找專家進(jìn)行分析講解，最終確定了管理控制電路的所有模塊實(shí)現(xiàn)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(guān)部門的充分協(xié)調(diào)與溝通，技術(shù)人員又結(jié)合所有型號(hào)的建造規(guī)范，確定并統(tǒng)一了對(duì)外接口形式。經(jīng)過反復(fù)的討論與實(shí)踐，一份整體方案慢慢成形。該方案兼具了電路模塊設(shè)計(jì)最小最優(yōu)化，機(jī)箱控制功能最大化，結(jié)構(gòu)方便化，接口擴(kuò)展便利化。由于前期方案設(shè)計(jì)階段的工作非常充分，所以此后的詳細(xì)設(shè)計(jì)可謂水到渠成。隨著技術(shù)的進(jìn)步，相機(jī)后續(xù)型號(hào)內(nèi)部總線的傳輸速度由100Kbit、500Kbit升級(jí)到1Mbit，管理控制器的核心處理器有8位升級(jí)到32位，但都是依據(jù)高分－2的1m/4m分辨率相機(jī)完成的型譜定型設(shè)計(jì)。

高分－2的1m/4m分辨率相機(jī)是首臺(tái)在軌大規(guī)模采用視頻電路模塊化設(shè)計(jì)的相機(jī)。經(jīng)過多年成功型號(hào)的經(jīng)驗(yàn)積累，北京空間機(jī)電研究所視頻電子學(xué)研究室建立起裝有上百個(gè)小模塊的數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)小模塊都經(jīng)過了在軌驗(yàn)證，從而保證了產(chǎn)品的高可靠。如果一名設(shè)計(jì)師“單打獨(dú)斗”，從選定芯片到配備電阻電容開始做起，那么完成一個(gè)電路板大約需要2個(gè)多月的時(shí)間；采用數(shù)據(jù)庫(kù)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(shè)計(jì)到投產(chǎn)最快只需20天就能完成。老一代遙感衛(wèi)星只有10塊視頻電路版的需求，高分－2的1m/4m相機(jī)共使用了60多塊電路板。現(xiàn)在的遙感器對(duì)分辨率和幅寬都有較高的要求，這不僅需要多片CCD器件進(jìn)行拼接，還要相機(jī)具備強(qiáng)大的后臺(tái)處理能力，幾何式增加的工作量讓以往的設(shè)計(jì)方式已經(jīng)捉襟見肘，逐漸走向產(chǎn)品化不僅是經(jīng)驗(yàn)的積累，更是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

目前，北京空間機(jī)電研究所控制技術(shù)研究室、視頻電子學(xué)研究室，都成功形成了模塊化的研制思路，未來后續(xù)多個(gè)型號(hào)的電子學(xué)系統(tǒng)都將直接借鑒該相機(jī)的拓?fù)湫问剑阅軜O大程度地縮短視頻電路和相機(jī)控制器的研制周期，提升遙感器研制實(shí)力。