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(wèi)星相機產(chǎn)品化研制之路

楊艷（北京空間機電研究所）

高分－2衛(wèi)星工程是國家高分辨率對地觀測系統(tǒng)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(jié)合，形成時空協(xié)調(diào)、全天候、全天時的對地觀測系統(tǒng)，使我國掌握信息資源自主權(quán)，因此具有重大戰(zhàn)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(xiàn)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(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研制難關(guān)。高分-2相機首次采用了小相對孔徑的設(shè)計理念，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，相機的質(zhì)量和體積則為傳統(tǒng)設(shè)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(shè)計理念，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。

面對型號研制任務(wù)多、周期短、研制人員相對不足的狀況，相機控制技術(shù)研究室?guī)啄昵熬兔闇柿四K化設(shè)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(shè)計、接口進行標準化設(shè)計的基礎(chǔ)上，完全可以實現(xiàn)各型號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化成小的功能模塊，對每個模塊電路進行分析，選擇最優(yōu)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(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)合所有型號的建造規(guī)范，確定并統(tǒng)一了對外接口形式。經(jīng)過反復(fù)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(shè)計最小最優(yōu)化，機箱控制功能最大化，結(jié)構(gòu)方便化，接口擴展便利化。由于前期方案設(shè)計階段的工作非常充分，所以此后的詳細設(shè)計可謂水到渠成。隨著技術(shù)的進步，相機后續(xù)型號內(nèi)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(jù)高分－2的1m/4m分辨率相機完成的型譜定型設(shè)計。

高分－2的1m/4m分辨率相機是首臺在軌大規(guī)模采用視頻電路模塊化設(shè)計的相機。經(jīng)過多年成功型號的經(jīng)驗積累，北京空間機電研究所視頻電子學(xué)研究室建立起裝有上百個小模塊的數(shù)據(jù)庫，每個小模塊都經(jīng)過了在軌驗證，從而保證了產(chǎn)品的高可靠。如果一名設(shè)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(shù)據(jù)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(shè)計到投產(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相機共使用了60多塊電路板?，F(xiàn)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(shè)計方式已經(jīng)捉襟見肘，逐漸走向產(chǎn)品化不僅是經(jīng)驗的積累，更是未來發(fā)展的必然趨勢。

目前，北京空間機電研究所控制技術(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)多個型號的電子學(xué)系統(tǒng)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。