推扫CCD相机对地观测卫星的轨道设计.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI2011年第2期文章编号:1006—1630(2011)02一0050一03推扫CCD相机对地观测卫星的轨道设计韩旭(上海卫星工程研究所,上海200240)摘要:针对推扫电荷耦合器件(CCD)相机成像特点,根据太阳同步回归轨道卫星轨道设计方法,给出了CCD光学对地观测卫星的轨道高度设计方案,并分析了所设计轨道的地面光照条件。结果表明设计方案合理可行。关键词:对地观测卫星;电荷耦合器件;推扫;太阳同步回归轨道中图分类号:V412.41文献标志码:AOrbitDesignofGroundobserVation

2、SatellitewithPush—BroomCCDCameraHANXu(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering,Shanghai200240,China)Abstract:Accordingtotheimagingcharacteristicsofthepush—broomCCDcamera,theorbitheightofthegroundobservationsatellitewasdesignedbyusingthemethodofsufl-synchronoustropicalorbitdesi

3、gninthispaper.Andthegroundi11uminatingconditionoftheorbitdesignedwasanalyzed.Theresultsshowedthattheschemewasfeasible.Keywords:Groundobservationsatellite;Coupledchargeddevice;Push—broom;Sun—synchronoustropicalorbit0引言CCD相机具有图像直观、分辨率高、灵敏度高、功耗低、体积小、质量轻、寿命长和可靠性高等特点,广泛用于光学遥感卫星[1、

4、2]。太阳同步回归轨道卫星的太阳照射角稳定,太阳能源接收量和同纬度星下点的地方平太阳时周年变化小,回归观测呈现周期性,常用于资源探测、海洋监测和气象预报等[3]。因此,搭载CCD相机的太阳同步回归轨道卫星成为研究的热点。对光学对地遥感卫星来说,最重要的指标是目标点的像元分辨率和对地幅宽,制约这两个指标的直接因素是轨道高度,而对太阳同步轨道,轨道高度确定后倾角也随之而定。为此,本文对推扫CCD相机的对地观测卫星轨道(高度)设计进行了研究。收稿+日期:2009一09一05;修回日期:2009—10一28作者简介:韩旭(1982一),男,硕士生,助工,

5、主要从事卫星总体、姿态与轨道设计。1轨道高度范围选择1.1地面像元分辨率与轨道地面像元分辨率随卫星高度而各异。为使卫星在各纬度地区有近似相同的分辨率,卫星的地面高度应尽可能保持不变,因此需采用偏心率非常小的近圆形轨道。对相机视轴指向的目标地面像元分辨率KGSD来说,成立KGso。2意蠡;(1)tt—ne。H.KG晒2器.(2)式中:KGS队,KGsDr分别为目标地面像元的沿轨和垂轨分辨率;口,,,分别为相机像元尺寸和焦距;H为轨道高度;岛为相机前视离轴角。由式(1)、(2)可知:当轨道高度增大时,地面像元分辨率(沿轨、垂轨)均将会呈线性降低,如要

6、求相机星下点地面像元分辨率指标为KGsD≤8m,此时巩一O。,则可算得H≤1828.6km。2011年第z期韩旭,等:推扫ccD相机对地观测卫星的轨道设计1.2成像幅宽与轨道对地观测卫星常有特定的目标要求,幅宽越大,采集的信息就越多。一般极轨卫星覆盖的纬度范围大,可实现全球无盲点观测;相机视场角越大,瞬时获得的幅宽就越大;轨道高度越高,观测范围也越大。相机幅宽与轨道高度的关系如图1所示。卫星图l卫星高度与幅宽关系F喀lorbitalaltitudewithwidth地幅宽与H的关系可表示为H=[sin(兀一口一号)/sin(号)]娥一Re.(3)

7、式中:口为半幅宽对应的圆心角;口为相机视场角,本文取口=11。;R。为地球半径。若为满足相机幅宽不小于230km的要求,则要求H≥1193.2km。1.3相机行频与轨道推扫相机行频是指相机每秒推扫的行数,是由像移速度计算获得。根据轨道高度可算出相机对应的行频。相机地面像元分辨率在沿轨及垂轨(行频在卫星速度方向和与速度垂直方向上的分解)时,相机行频与轨道的关系可表示为F:一厥·鼎·等;㈤F,=厩·南·警.㈣式中:F。,Fr分别为沿轨和垂轨相机行频;肛为地球引力常数。沿轨及垂轨状态下不同卫星轨道高度的行频分别如图2、3所示。由图可知:相机行频是H的单

8、调递减函数,H越高,相机行频越低,反之亦然。将轨道高度代入式(4)、(5),可得沿轨和垂轨状态的行频见表1。由表可知:满足H在1193.

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