本報(bào)訊（記者鄭金武通訊員楊艷）記者近日從北京空間機(jī)電研究所獲悉，由該所研制的兩臺高分二號光學(xué)相機(jī)，首次采用天地“一體化”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，突破了傳統(tǒng)遙感相機(jī)口徑與分辨率之間關(guān)系的極限，在體積和重量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下，實(shí)現(xiàn)了我國當(dāng)前在軌遙感相機(jī)的最高分辨率。
今年8月19日高分二號衛(wèi)星成功發(fā)射，為我國民用遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)入亞米級時(shí)代提供了保障。其中，衛(wèi)星上的光學(xué)相機(jī)功不可沒。
分辨率是航天光學(xué)遙感相機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。但在制造過程中，遮光罩、相機(jī)鏡頭、焦面電路到地面處理中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都會對分辨率即成像質(zhì)量造成影響。
據(jù)了解，我國的空間光學(xué)遙感專業(yè)從上個(gè)世紀(jì)60年代發(fā)展至今，一直延續(xù)著傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)套路，即通過延長焦距、增大相機(jī)口徑的方式來實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。
但隨著分辨率的逐漸提高，相機(jī)的體積、重量也必將隨之增長。隨著航天應(yīng)用的不斷深入，用戶對遙感相機(jī)分辨率等指標(biāo)的要求越來越高，這就導(dǎo)致相機(jī)體積也越來越大，研制難度也越來越大，研制成本呈幾何級數(shù)倍增，而光學(xué)系統(tǒng)口徑的增加已逐漸接近生產(chǎn)制造能力的極限。如何用更小的口徑獲取更高的圖像分辨率，是優(yōu)化遙感相機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念的目標(biāo)。
北京空間機(jī)電研究所科研人員發(fā)現(xiàn)，通過利用相機(jī)成像電路的低噪聲技術(shù)和相關(guān)的地面圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可以保證圖像質(zhì)量，確保圖像中有效信息的獲取。采用這些新設(shè)計(jì)理念的光學(xué)遙感相機(jī)，同一臺口徑大得多、費(fèi)用高得多的傳統(tǒng)遙感相機(jī)相比，獲得的圖像信息量和圖像質(zhì)量相當(dāng)。
為此，從高分二號相機(jī)設(shè)計(jì)初始，北京空間機(jī)電研究所科研人員就采用“天地一體化”的設(shè)計(jì)理念，對“天上”的設(shè)備采用成像電路的低噪聲技術(shù)等先進(jìn)手段，在“地面”完善圖像數(shù)據(jù)處理技術(shù)，專門設(shè)計(jì)出地面數(shù)據(jù)處理算法。
據(jù)了解，在遙感相機(jī)設(shè)計(jì)上，在國內(nèi)首次采用相對孔徑小的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，克服了鏡頭主次鏡離焦敏感度高等困難；在相機(jī)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)上，在國內(nèi)首次采用高穩(wěn)定輕型陶瓷基復(fù)合材料的光學(xué)結(jié)構(gòu)，高質(zhì)量完成了相機(jī)光學(xué)望遠(yuǎn)系統(tǒng)的研制，鏡頭性能測試結(jié)果滿足光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)；首次采用柔性隔振、間接輻射熱控等技術(shù)，以及零重力裝調(diào)工藝、鏡頭穩(wěn)定性處理工藝，確保了相機(jī)在軌成像的穩(wěn)定性。
據(jù)悉，高分二號相機(jī)在關(guān)鍵原材料、元器件研制方面也取得了突破。僅相機(jī)的光機(jī)主體部分就申報(bào)了30多項(xiàng)專利。相機(jī)在軌使用方面，針對相機(jī)的在軌使用方法開展了預(yù)先研究，根據(jù)相機(jī)的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果，制定了合理的在軌使用方案。同時(shí)，結(jié)合專門設(shè)計(jì)的地面處理算法，保證了相機(jī)在不同時(shí)段、不同地區(qū)都得到理想的圖像。
據(jù)了解，此次高分二號首次采用天地協(xié)同的運(yùn)作方式，為高分辨率衛(wèi)星引入了“大遙感”的設(shè)計(jì)理念，相機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)合了地面處理的特點(diǎn)，地面處理的研究也結(jié)合了相機(jī)的成像性能，通過二者的匹配設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化。
據(jù)悉，與高分一號相機(jī)相比，高分二號相機(jī)的焦距及分辨率提高了2.4倍，而相機(jī)的口徑僅增加了1.6倍。高分二號相機(jī)可比肩國際光學(xué)遙感先進(jìn)水平，在中國航天遙感專業(yè)發(fā)展歷程中具有劃時(shí)代的意義。