为了了解经过消光黑漆(Z306)喷涂处理后航天相机遮光罩表面对杂散光的散射特性, 对喷涂了Z306的铝板样品进行了双向反射分布函数(BRDF)测量和建模分析。通过测量获得了黑漆样片在0.65 μm波段的BRDF值。结合Z306黑漆测量数据的散射特征, 选择了适合粗糙黑漆表面的Microfacet-based模型, 并对模型进行了修正。使用修正的Microfacet-based模型对测量数据处理并建模, 得到了样片整个半球空间的BRDF数据, 弥补了测量数据量少和测量误差带来的缺陷。将黑漆的BRDF数据代入软件, 分析并进行了光学系统杂散光测试验证。结果表明: 采用修正的Microfacet-based模型处理黑漆的BRDF后, 分析光学系统杂散光(点扩散函数, PST)得到的结果与实际测量的杂散光(PST)的一致性很高, 实测值与分析值比值的对数精度优于0.5。得到的结果证明了BRDF建模的必要性和数据处理的准确性, 为光学系统的杂散光抑制提供了重要的保障。

在航天相机的成像过程中，拍摄场景的亮度随着地表目标和大气环境的变化而发生改变，为了保证航天相机输出理想的图像，提出了基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光方法。根据地-气间辐射传输特性建立航天相机入瞳处辐照度模型，通过分析大气气溶胶对遥感成像的影响，对该模型进行了改进，并在此基础上提出了航天相机自动调光方法。航天相机自动调光首先根据总辐照度以及地面目标辐照度占总辐照度的比例对自动调光参数进行调节，目的是尽可能提高地面目标信息量，然后根据大气气溶胶光学厚度确定自适应拉普拉斯滤波的参数，增强遥感图像的细节。由实验结果可以看出，自动调光增加了遥感图像的信息量，增强了图像对比度，航天相机的成像质量得到了明显地提高。

为了弥补离焦产生的影响, 本文从离轴 TMA航天测绘相机的工程实际出发, 提出了一种基于滚珠丝杠及连杆的离焦补偿机构, 分析了机构的设计需求, 确定了机构的调节位置, 对机构进行了结构设计、精度设计可靠性分析以及性能检测。机构的 X轴晃动为 ±2.7″, Y轴晃动为 ±3.3″, 曲线拟合残差小于 2 μm, 抽检最大误差为 5 μm, 机构具备良好的自锁性能。性能检测结果表明该机构综合性能良好, 适合在离轴 TMA航天测绘相机中使用。

利用多圈光电编码器具有体积小、量程大以及数字量输出等优点，设计了基于双读数系统的航天级多圈绝对式光电编码器。根据航天相机的精度要求，采用精度高、分辨率高的绝对式矩阵玻璃码盘作为一级码盘完成角度测量；根据电机转动的计数要求，采用重量轻，体积小的绝对式矩阵金属码盘作为二级码盘完成对一级码盘的转动圈数计数；其具有的双狭缝及双读数系统可实现信号处理电路冷备份。按照鉴定级航天产品要求，通过热学环境实验和力学环境实验对编码器性能进行了验证。实验结果表明，所设计的编码器精度范围为±100″内、分辨率为80″、测量圈数为16 圈、外形尺寸为φ 50 mm×50 mm、重量为270 g，稳定性高、可靠性强，且满足高分辨率航天设备设计指标。

随着航天相机任务的增加、功能的增强、集成化及复杂程度越来越高, 应用系统对相机控制器提出了更高的长期在轨自治性和可靠性要求。本文以某实际项目应用为背景提出了一种以 TSC695F为核心处理器的新型高可靠航天相机控制器在轨软件重注指令序列设计方法和引导程序接收、缓存、校验以及存储重注数据的处理流程, 最后结合相机控制器软件重注专用检测模块验证了该软件重注方法设计的正确性, 并给出了地面生成上注数据包的参考代码。

针对航天高速 TDICCD相机，为了提高其成像质量，提出了对相关双采样信号进行纳秒级延时的精确采样方法和对驱动芯片的温度漂移进行自适应补偿的方法。首先介绍了相关双采样(CDS)的原理，分析了采样位置对 TDICCD相机的影响，然后提出了利用 FPGA内部进位链资源实现纳秒级延时从而对采样信号进行精确调整的方法，同时分析了驱动芯片的温度漂移效应导致对 CCD输出信号的影响，提出了一种针对温度漂移对采样信号进行自适应调整的方法，来满足采样时序关系。利用实际工程中的成像系统对采样位置精度及高低温环境分别进行了实验。实验结果表明，提出的方法能实现采样信号的精确调整，有效的提高图像的动态范围，同时能对驱动芯片温度漂移进行自适应补偿。未补偿前，在低温度 -36℃时图像的信噪比为 37.4 dB，补偿后图像的信噪比为 51 dB。

为了检测航天相机主动热控系统的功能、性能及可靠性,设计了主动热控仿真测试系统。依据传热学基本定律、航天器轨道理论和热控策略,给出了计算航天相机温度场的热网络数学模型,使主动热控系统能在模拟的空间热环境中连续工作,实现了对主动热控系统的闭环仿真测试。采用两个数字电位器相串联的方法模拟温度传感器的走势,得到的最大阻值为100 kΩ,精度达到10Ω,符合设计中对总电阻和电阻变化率的需求,实现了对主动热控系统的功能、性能以及可靠性的仿真测试。

比较系统地介绍空间探测遥感中使用的空间光学仪器如航天相机、成像光谱仪、光谱辐射计、激光主动遥感系统等韵工作原理、评价参数和参数校准检测技术。也介绍了为校准空间光学设备而专用的太阳模拟器、地球模拟器以及遥感器辐射定标系统等。

比较系统地介绍空间探测遥感中使用的空间光学仪器如航天相机、成像光谱仪、光谱辐射计、激光主动遥感系统等的工作原理、评价参数和参数校准检测技术。也介绍了为校准空间光学设备而专用的太阳模拟器、地球模拟器以及遥感器辐射定标系统等。

碳纤维复合材料目前广泛应用于航天结构高强度要求的场合，对复合材料满足小变形使用要求的刚度设计仍然是航天相机结构设计的难题。通过对共轴三反光学系统公差的分析，给出变形量小于2μm的复合材料的刚度设计要求。根据结构的受力状况建立了物理模型。结合复合材料层压板理论，对碳纤维铺层设计进行了合理的简化，并通过有限元分析软件MSC．Nastran对设计进行了完善和验证。结果表明：设计的碳纤维复合材料镜筒满足了结构端面变形量小于2μm的刚度使用要求。