为提升激光尘埃粒子计数器的计数准确率，基于匹配滤波器设计粒子计数器信号预处理方法。分析粒子信号的特征，通过归一化后累加的方法获得粒子的典型波形。以该典型信号作为匹配模板，将激光粒子尘埃计数的原始信号与匹配模板进行离散卷积操作，得到高信噪比的输出信号。试验结果表明，针对原始幅值在55~262 mV、噪声均方根值约为6.74 mV的粒子信号，经该匹配滤波方法后，信噪改善比均优于1.56。该方法对比数字滤波器方案，能更有效提升输出信号信噪比，为粒子的准确检测和识别提供良好基础。

图像质量评价方法是为了符合主观视觉图像质量评分结果, 设计出的客观计算方法。在本研究中, 提出了一种基于CIELAB颜色空间局部色貌指标(clarity)的无参考彩色模糊图像评价(NR-IQA)方法。在所提方法中, 结合最大局部clarity和变异局部clarity评价图像模糊等级。最大局部clarity表征提取模糊图像最锐度信息, 即局部模糊特征; 变异局部clarity表示图像内部色貌整体变化情况, 即全局模糊特征。为了验证该方法的性能, 使用五个常用图像质量数据库中的失真图像进行对比测试, 从预测精度、计算复杂度和泛化性进行分析。结果表明, SROCC和PLCC加权平均值分别是0.9345和0.9379, SROCC和PLCC直接平均值分别是0.9331和0.9357, 综合性能优于其他典型和最新提出的NR-IQA方法。研究结果表明, 所提方法是有效的、可行的, 是一个综合性能优异的NR-IQA方法。

星载大气成分临边探测光谱仪在采集高度方向上光信息时需要借助反射镜的反射, 为满足光谱仪扫描需求, 设计了一款扫描摆镜驱动控制系统, 并在地面模拟验证了扫描方向上的光谱数据采集。设计的驱动控制系统基于 STM32 微控制器, 采用 DRV8833C 电机驱动电路和闭环数字 PID 调节器, 利用有限转角直流无刷力矩电机作为光谱仪摆镜控制系统的执行机构, 并使用 18 位单圈绝对值光电编码器作为位置传感器。进而搭建了摆镜控制系统和试验平台, 利用光电自准直仪对摆镜系统性能进行试验验证, 测试了系统的指向精度。结果显示平均指向精度小于 12.15'rime, 最大偏差小于 19.6'', 最小偏差小于 7.46'', 满足工程预研阶段的主要指标要求。

为了实现某星载差分吸收光谱仪CCD驱动电路的FPGA在轨重构功能, 提出了一种基于STM32的星载FPGA在轨重构的地面验证方法。分析了实际的重构方案并提出地面实验方案, 从硬件设计和软件设计两个方面阐述了地面实验的总体方案。经过实验室测试验证,上位机发送和回读的数 据一致, STM32可以模拟JTAG协议实现加载配置数据至FPGA, 重构时间可缩短至800 ms。该方法的硬件和软 件设计被证明是合理可行的,可以完成对FPGA功能的修改。该方案可为CCD驱动电路的FPGA重构方法提供参考。

针对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪太阳定标光路切换转动部件的实现,提出了基于BM3803的步进电机控制系统,通过步进 电机带动扭簧转动凹面反射镜,实现光路的切换。设计了基于国产航天芯片BM3803FMGRH和专用驱动芯片LMD18200的步进电机 开环控制系统,给出了基于BM3803FMGRH的控制电路和搭建了LMD18200的驱动电路,编写了步进电机的控制程序。当步进电机 转动89步时,扭簧旋转角度为80.1°,微动开关导通,光路切换成功。为后续星载差分吸收光谱仪的设计提供参考。

针对差分吸收光谱仪搭载于地球同步轨道卫星时对地成像的要求, 设计了一种扫描摆镜转动控制系统。从摆镜控制结构设计、控制电路设计两个方面阐述了摆镜系统的方案。摆镜系统受载荷主控器控制, 接收控制指令并回传当前摆镜位置状态,通过LMD18200驱动芯片进行功率输出,由步进电机和谐波减速器构成的驱动器驱动摆镜转动, 编码器读取摆镜角度信息。给出了PWM(Pulse Width Modulation)波占空比的测定办法, 并提出通过回转到成像起始点之前的方式, 消除回程误差对成像区域步距不确定性的影响。 实验结果表明该系统的步距角均值偏差小于1″, 最大偏差小于5″,标准偏差小于2″。该光谱仪摆镜控制系统满足步距精度指标要求。

噪声对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪信噪比具有重大影响, 其是衡量光谱仪成像质量和痕量气体反演能力的标准。 为量化并去除光谱仪系统噪声从而提高信噪比, 分析了光谱仪噪声来源并给出了相应噪声模型, 在此基础上建立了光谱仪信噪比模型。 研究了入射光强度、 积分时间和系统增益对系统信噪比的影响。 通过光谱仪辐射定标试验数据对不同工作模式和不同参数与信噪比的关系进行了对比验证。 并提出主要系统噪声的处理方法: 利用线性拟合取截距法确定系统偏置噪声; 在地面利用暗电流温度相关性获得温度修正因子实现载荷在轨暗电流校正; 在探测器响应线性范围内利用两点校正法对PRNU噪声进行修正。 结果表明: 全幅成像模式下, 可见1通道电子学偏置噪声响应DN值2 625, 可见2通道电子学偏置噪声响应DN值2 763; 暗电流噪声在CCD成像面温度高于0 ℃时占主要部分, 温度下降至-20 ℃时其余噪声起主导作用, 验证了CCD最佳制冷温度; 光谱仪信噪比随着入射光响应和积分时间的增加而增大, 系统增益不会影响信噪比; PRNU噪声通过校正得到明显改善, 由3.32%下降到0.47%, 提高了光谱仪成像质量。 该噪声分析和处理方法对后期光谱数据的痕量气体反演提供帮助。

设计了一套基于USB2.0接口的便携式地面检测台,包括上位机软件和一台USB通讯适配器,用以 模拟卫星平台与星载光谱仪的数据通信。上位机软件提供人机交互界面,适配器完成了星载光谱仪低压 差分信号(LVDS)接口数传数据和数管数据对USB接口的通讯转换。 实验结果表明：所设计平台可以把光谱仪的LVDS图像数据转换为USB接口数据,并模拟卫星平台数据, 可用于对光谱仪进行调试、测试。通讯适配器USB2.0接口的实测速率可达230 Mbps, 可将其作为一个模块用于商用光谱仪的通讯接口。