在星载远距离非合作目标测距领域中,目标常常为暗弱目标,成像帧频有限,因此目标跟踪能力受限并影响测距范围。在星载远距离非合作目标跟踪过程中,跟踪误差主要来自于本体振动。为了增强系统主动振动抑制能力,提高系统的跟踪精度,使用自适应控制来实现目标的跟瞄控制。对于不同频率传感器数据难以融合的问题,通过采用降采样的方法实现了低频相机数据和高频惯性传感器数据的自适应融合,并证明了降采样下自适应滤波的有效性和正确性。在算法实现层面,针对经典自适应算法收敛速度慢和稳态精度差的问题,通过选用仿射投影算法实现了数据融合。在数据融合仿真中,采用卫星微振动模型,验证了融合方法的收敛速度及跟踪精度。最后将该方法应用到实际跟踪系统中,实验结果显示,跟踪精度优于5 μrad,满足远距离非合作目标测距中的跟踪精度要求。

在星载推扫式高光谱成像仪成像过程中, 卫星平台以振动为典型形式的姿态运动会导致探测器上不同的地物信息相互混叠, 引起高光谱图像质量的退化。 为了更有效地抑制、 校正与补偿卫星振动引入的成像误差, 针对典型色散型推扫成像光谱仪受平台振动而产生的空间维、 光谱维质量退化的机理进行仿真分析和实验研究。 通过分析其曝光时间内的光谱混合过程, 得到了地物光谱和卫星姿态之间的关系, 建立了推扫光谱成像退化模型。 该模型综合考虑了不同姿态振动模式的影响, 只要给出每个时刻的卫星平台姿态参数, 即可通过普适的系数矩阵计算得出每个混合像元的平均混合比, 进而获得仿真的退化高光谱数据立方体。 详细推导了平均混合比的一般表达形式, 对振幅、 频率等振动参数对光谱混合的影响分别进行了定量分析。 以实际运动状态下拍摄获得的高光谱数据立方体为例, 进行了退化仿真和地面模拟运动退化实验, 并对退化前后的高光谱数据进行了评价。 结果表明, 退化仿真和实际退化效果吻合, 平均混合比能够直接反映高光谱图像退化的程度; 卫星振动造成高光谱图像空间维质量恶化, 使不同地物目标的光谱发生了混叠; 高光谱数据的退化程度主要由振幅决定, 振动频率对退化的影响较小。

为了便于空间激光通信中捕获、跟踪性能的测试, 提出了一种卫星振动模拟源系统设计方案。该系统主要由上位机借助LabVIEW软件解析标准振动功率谱密度函数, 将模拟出的平台振动信号传给以STM32F4为核心的控制系统, 驱动振镜进行俯仰、方位摆动。借助欧空局设计的SILEX平台模型, 推导验证了本方案的可行性, 并搭建实验现场, 通过探测器对光斑脱靶量进行了实时监测, 分析了脱靶量功率谱, 同时对在实际应用中产生的伪随机序列进行了优化与处理。实验结果表明, 设计的振动源幅值精度优于2 μrad, 模拟结果真实有效。另外由于其频率可调节, 模拟系统幅度可达±10 mrad, 故易于模拟不同的标准模型, 为复合轴捕获、跟踪和瞄准(APT)的实验室验证提供了条件。

卫星振动不仅会引起TDI(Time Delay and Integration)CCD相机像元采样的不规则性，还会引起像元弥散斑空间分布的不一致性，导致图像传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)产生空间变化，从而制约高分辨率图像振动复原质量。本文从卫星振动对TDICCD相机推扫成像采样过程的作用机理出发，结合理论推导与仿真研究，得到了平台振动引起的图像空间移变降质及表征方法。然后在振动复原模型的基础上，推导得出MTF空间移变降质对复原处理误差的影响，并基于实际卫星图像开展了复原实验。实验结果表明: 当振动所致图像MTF空间移变降质小于15%时，复原处理后的图像与理想图像的结构相似度优于0.95，而且处理误差所导致的图像失真不影响判读质量。

针对输入光束抖动及卫星本体微振动对空间光通信系统跟踪精度的影响, 设计了模糊自抗扰控制器, 提出了对精跟踪系统进行控制的方法。首先, 建立了精跟踪系统模型, 对系统内外扰动进行分析, 并模拟了卫星振动信号。针对系统自身所受的扰动及输入光信号的不确定性, 设计了模糊自抗扰控制器。提出的控制方法通过扩张状态观测器观测卫星本体振动及系统未建模动态, 应用微分跟踪器提高系统动态响应性能, 并用模糊控制原理改进了非线性状态误差反馈控制律, 使其可以自适应调整比例和微分增益。最后进行了实验分析, 结果表明: 与PID控制方法相比, 模糊自抗扰控制方法在不同频率及幅值的输入信号下均能提高系统跟踪精度, 跟踪精度可以达到±8 μrad, 跟踪误差减小了50%左右。该方法基本满足空间光通信精跟踪系统对跟踪速度、跟踪精度及抗干扰能力的要求。

卫星平台振动导致色散型成像光谱仪在曝光过程中与地物产生相对运动， 从而严重地影响了光谱数据质量。 本文以PHI为色散型光谱仪模型， 研究计算了俯仰角、 侧滚角、 偏航角以及三角综合按照卫星振动信号和不同振幅的谐波振动对光谱数据的空间图像和光谱的影响程度， 并且仿真出了各种振动下的畸变光谱数据立方体， 得到卫星平台振动造成光谱数据畸变的一般规律。 结果表明， 色散型光谱仪对卫星振动振幅要求较高， 微小的振幅对光谱的影响也非常大， 必须对光谱数据进行校正和对卫星平台进行减振， 才能保证地物光谱的真实性。

在干涉成像光谱仪扫描过程中， 卫星姿态的不稳定性将严重影响光谱成像质量。 针对该问题， 在分析干涉成像光谱仪光谱成像退化机理的基础上提出了一种微分动态成像仿真方法， 以此来模拟光谱成像退化过程。 并提出了平均掺杂比的概念， 通过它建立起卫星姿态俯仰、 侧滚和偏航的运动参数与其对光谱成像影响之间的桥梁， 详细推导了这两者之间的定量关系。 以环境资源卫星提供的遥感数据为例进行了退化仿真， 结果表明平台振动不仅影响光谱成像的空间分辨率， 更会带来光谱失真， 且相邻像元光谱差异较大的区域影响较大。 通过仿真数据分析， 对卫星姿态稳定精度提出了要求， 给出了必须重视振动影响并需要采取相应补偿措施的姿态稳定度条件。

为了对卫星振动图像进行稳像处理，分析了卫星振动对时间延时积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)成像质量的影响，提出了一种对卫星振动进行补偿的方法。首先介绍了TDICCD 的工作原理及其对振动的敏感性，然后以调制传递函数(MTF)为评价标准研究了振动对TDICCD 成像质量的影响，重点分析了TDICCD 积分级数与振动的关系。通过对卫星振动数据的具体计算表明，TDICCD 的积分级数越大，卫星振动对成像质量的影响越严重。当TDICCD 积分级数大于或等于54 时，MTF 值已下降到95%以下。根据分析结果，提出了基于快速CCD 的卫星振动检测方法和基于振镜的卫星振动补偿方法来补偿卫星振动对TDICCD成像质量的影响。在卫星振动检测技术中，提出了一种改进的灰度投影算法来检测卫星振动参量，检测误差不超过0.5 个像素。

卫星振动是影响星间光CDMA通信系统性能的一个重要因素．考虑多用户干扰、背景光噪音、热噪音、接收机噪音和卫星振动，给出了基于PPM信号格式的星间二维光CDMA通信系统的系统模型．采用数值分析的方法，详细分析了卫星振动对该系统误码率性能的影响．结果表明，码速率、通信波长和卫星振动都会影响星间二维光CDMA通信系统的误码率性能．当卫星振动标准偏差σ≤4×10^－7时，卫星振动对系统误码率性能的影响较小；当卫星振动标准偏差σ≥1．2×10^－6，卫星振动对系统误码率性能的影响很大，得到的误码率难以满足系统的通信要求，需要采用卫星振动抑制或补偿等技术提高星间二维光CDMA通信系统的误码率性能．