在含有FPGA的数字信号处理电路和控制电路中, 为了实现将原始AD采样数据或中间处理结果数据的导出, 供后续分析处理使用, 从数据传输的稳定性、系统实现的简易性、价格低廉等角度出发, 研究设计了基于FPGA TSE IP核的嵌入式百兆以太网数据传输系统。首先, 详细分析了以NiosII CPU软核处理器为核心的以太网数传系统的SOPC各模块的硬件设计, 主要包括以TES IP核为主的以太网MAC, 采用乒乓缓存方式保证数据的连续不间断传输, 以及通过接收客户端指令来控制数传的开始和暂停; 然后, 利用MicroC/OS-II嵌入式实时操作系统的多任务方式, 基于Niche stack TCP/IP协议栈, 完成了系统的软件设计, 并给出了软件程序流程; 最后, 通过传输并接收特定的数据, 验证了系统数据传输的速率和准确性。结果表明在传输速率达到51 Mbps时, 系统稳定可靠。

为了让空间相机在适合的温度条件下工作，提出一种基于温度水平的主动热控系统。首先，分析相机达到温度平衡的条件，确定主动热控策略；其次，介绍热控系统的构成及工作原理；然后，将相机图像质量无本质影响作为条件，确定主动热控策略中的各项控温指标；最后，确定温度控制算法。相机在轨工作的实验结果表明：依据主动热控策略，系统能够控制相机温度达到平衡，主镜组件与基准温度的温差不大于1 ℃，主镜组件的周向温差不大于1 ℃，主镜与次镜组件的温差不大于2 ℃，主镜与三镜组件的温差不大于5 ℃，温度控制结果满足主动热控策略中的各项控温指标要求，满足相机工作时对温度的要求。

为了实现对极紫外相机控制及管理功能，设计并实现了一种基于FPGA的电控单元。该系统以FPGA为核心，经过RS-422接口与信号处理子系统进行通讯，通过LVDS接口接收信号处理子系统发送的科学数据，与CPU之间通过数据总线进行通讯。为了提高电控单元的可靠性，在设计过程中采用了抗辐照设计和交叉备份的冗余设计。通过极紫外相机电控单元的测试和试验验证表明：极紫外相机电控单元的功能和性能满足指标要求，为极紫外相机在轨取得圆满成功的结果起到了重要作用。

为了实现对月基极紫外相机电控单元功能和性能的检测,设计并实现了一种基于FPGA的检测系统.该检测系统以FPGA为核心单元,经过USB接口与上位机进行通讯,通过模拟电控单元各外部接口并对其采集后的遥测数据和图像数据进行分析,以此实现对电控单元各项功能和性能的检测.通过月基极紫外相机电控单元和检测系统的验证实验表明,检测系统的检测方法准确,测试结果正确有效.该检测系统具有实用、有效、便携的特点,在极紫外相机的研制过程中已经得到了充分的使用,对工程研制的顺利进行起到了重要的作用.

为了对月基极紫外相机输出的科学数据进行采集, 将其生成图像并实时显示, 设计了月基极紫外相机图像采集与实时显示系统。该系统选用XILINX公司的Virtex II系列FPGA作为图像采集和处理以及控制中心, 完成科学数据接收、图像数据生成和存储以及USB接口控制功能,利用RS-422接口实现与极紫外相机的通讯功能, 利用LVDS接口接收相机发送的科学数据。输出的图像数据通过USB总线传输到上位机, 由上位机形成图像并实时显示。该系统与极紫外相机进行了联合成像实验, 实验结果证明, 本系统在光子计数率为66 kcps的情况下, 能够正确地采集科学数据将其转换为图像数据并实现实时显示功能。

为了提高空间相机测温电路的测温精度，提出用容差分析法研究测温电路的性能。研究了测温电路原理和影响测温精度的各种因素；讨论了电路容差分析的各种方法，比较了它们的优缺点和适用范围，并确定了本课题采用的分析方法。应用最坏情况分析法对测温电路进行了容差分析。根据分析结果提出了一种提高测温精度的方法，并进行分析验证。验证结果表明：改进后的测温电路在-14 ℃～+50 ℃内的测温精度满足指标要求，测温精度达到±0.3 ℃。与改进前的电路相比，性能提高了30倍。

空间相机摄像时对其偏流角进行实时调整,可以减小偏流角姿态变化对成像质量的影响,延长一次性连续摄像时间并使用较多的TDI积分级数进行摄像。本文对偏流角实时调整的需求进行了详细分析并给出了实时调整策略;然后,介绍了偏流角调整系统的构成及实时调整的工作原理;最后,提出了一种间歇式实时调整方案并进行了实验。实验结果表明:摄像过程中偏流角偏差值可以调整在4.2′以内,调整后误差≤72.17″,一次调整时间＜1 s,偏流角调整过程中图像的调制传递函数(MTF)值为99.67％。提出的间歇式实时调整方法可满足摄像过程中对偏流角实时且长时间调整,且对图像无本质影响的要求。

为了提高小内阻步进电机驱动系统中功率MOSFET的开关速度,采用ICL7667作为功率MOSFET的驱动器来实现步进电机的高频斩波控制。对驱动电路采用的功率MOSFET的栅极电容特性、开关时间等进行了研究,发现栅极电容的充放电过程影响了功率MOSFET的开关速度,提出了提高功率MOSFET开关速度的方法。最后,采用ICL7667作为功率MOSFET的驱动器实现了步进电机的高频斩波控制。仿真和试验结果表明:采用ICL7667的驱动电路,可以保证斩波频率为200 kHz时,功率MOSFET的漏极输出仍处于截止和深度饱和的状态,这比采用电阻分压式驱动电路其斩波频率最大为20 kHz提高了10倍,可保证小内阻步进电机在高速斩波信号的控制下正确运行。