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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI2011年第2期文章編號(hào)：1006—1630(2011)02一0050一03推掃CCD相機(jī)對地觀測衛(wèi)星的軌道設(shè)計(jì)韓旭(上海衛(wèi)星工程研究所，上海200240)摘要：針對推掃電荷耦合器件(CCD)相機(jī)成像特點(diǎn)，根據(jù)太陽同步回歸軌道衛(wèi)星軌道設(shè)計(jì)方法，給出了CCD光學(xué)對地觀測衛(wèi)星的軌道高度設(shè)計(jì)方案，并分析了所設(shè)計(jì)軌道的地面光照條件。結(jié)果表明設(shè)計(jì)方案合理可行。關(guān)鍵詞：對地觀測衛(wèi)星；電荷耦合器件；推掃；太陽同步回歸軌道中圖分類號(hào)：V412．41文獻(xiàn)標(biāo)志碼：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相機(jī)具有圖像直觀、分辨率高、靈敏度高、功耗低、體積小、質(zhì)量輕、壽命長和可靠性高等特點(diǎn)，廣泛用于光學(xué)遙感衛(wèi)星[1、
4、2]。太陽同步回歸軌道衛(wèi)星的太陽照射角穩(wěn)定，太陽能源接收量和同緯度星下點(diǎn)的地方平太陽時(shí)周年變化小，回歸觀測呈現(xiàn)周期性，常用于資源探測、海洋監(jiān)測和氣象預(yù)報(bào)等[3]。因此，搭載CCD相機(jī)的太陽同步回歸軌道衛(wèi)星成為研究的熱點(diǎn)。對光學(xué)對地遙感衛(wèi)星來說，最重要的指標(biāo)是目標(biāo)點(diǎn)的像元分辨率和對地幅寬，制約這兩個(gè)指標(biāo)的直接因素是軌道高度，而對太陽同步軌道，軌道高度確定后傾角也隨之而定。為此，本文對推掃CCD相機(jī)的對地觀測衛(wèi)星軌道(高度)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。收稿+日期：2009一09一05；修回日期：2009—10一28作者簡介：韓旭(1982一)，男，碩士生，助工，
5、主要從事衛(wèi)星總體、姿態(tài)與軌道設(shè)計(jì)。1軌道高度范圍選擇1．1地面像元分辨率與軌道地面像元分辨率隨衛(wèi)星高度而各異。為使衛(wèi)星在各緯度地區(qū)有近似相同的分辨率，衛(wèi)星的地面高度應(yīng)盡可能保持不變，因此需采用偏心率非常小的近圓形軌道。對相機(jī)視軸指向的目標(biāo)地面像元分辨率KGSD來說，成立KGso。2意蠡；(1)tt—ne。H．KG曬2器．(2)式中：KGS隊(duì)，KGsDr分別為目標(biāo)地面像元的沿軌和垂軌分辨率；口，，，分別為相機(jī)像元尺寸和焦距；H為軌道高度；島為相機(jī)前視離軸角。由式(1)、(2)可知：當(dāng)軌道高度增大時(shí)，地面像元分辨率(沿軌、垂軌)均將會(huì)呈線性降低，如要
6、求相機(jī)星下點(diǎn)地面像元分辨率指標(biāo)為KGsD≤8m，此時(shí)鞏一O。，則可算得H≤1828．6km。2011年第z期韓旭，等：推掃ccD相機(jī)對地觀測衛(wèi)星的軌道設(shè)計(jì)1．2成像幅寬與軌道對地觀測衛(wèi)星常有特定的目標(biāo)要求，幅寬越大，采集的信息就越多。一般極軌衛(wèi)星覆蓋的緯度范圍大，可實(shí)現(xiàn)全球無盲點(diǎn)觀測；相機(jī)視場角越大，瞬時(shí)獲得的幅寬就越大；軌道高度越高，觀測范圍也越大。相機(jī)幅寬與軌道高度的關(guān)系如圖1所示。衛(wèi)星圖l衛(wèi)星高度與幅寬關(guān)系F喀lorbitalaltitudewithwidth地幅寬與H的關(guān)系可表示為H=[sin(兀一口一號(hào))／sin(號(hào))]娥一Re．(3)
7、式中：口為半幅寬對應(yīng)的圓心角；口為相機(jī)視場角，本文取口=11。；R。為地球半徑。若為滿足相機(jī)幅寬不小于230km的要求，則要求H≥1193．2km。1．3相機(jī)行頻與軌道推掃相機(jī)行頻是指相機(jī)每秒推掃的行數(shù)，是由像移速度計(jì)算獲得。根據(jù)軌道高度可算出相機(jī)對應(yīng)的行頻。相機(jī)地面像元分辨率在沿軌及垂軌(行頻在衛(wèi)星速度方向和與速度垂直方向上的分解)時(shí)，相機(jī)行頻與軌道的關(guān)系可表示為F：一厥·鼎·等；㈤F，=廄·南·警．㈣式中：F。，F(xiàn)r分別為沿軌和垂軌相機(jī)行頻；肛為地球引力常數(shù)。沿軌及垂軌狀態(tài)下不同衛(wèi)星軌道高度的行頻分別如圖2、3所示。由圖可知：相機(jī)行頻是H的單
8、調(diào)遞減函數(shù)，H越高，相機(jī)行頻越低，反之亦然。將軌道高度代入式(4)、(5)，可得沿軌和垂軌狀態(tài)的行頻見表1。由表可知：滿足H在1193．
