地球靜止軌道高分辨率相機系統(tǒng)控制技術(shù)應(yīng)用

唐士建 張東浩 柴鳳萍

（北京空間機電研究所，北京 100094）

地球靜止軌道高分辨率相機系統(tǒng)控制技術(shù)應(yīng)用

唐士建 張東浩 柴鳳萍

（北京空間機電研究所，北京 100094）

“高分四號”衛(wèi)星于2015年12月發(fā)射成功，主載荷高分辨率相機可解決低軌衛(wèi)星相機不能滿足突變的或連續(xù)的自然災(zāi)害、惡劣氣象等的觀測需求問題。要在高約36 000km靜止軌道實現(xiàn)快速、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的目標(biāo)觀測，除了具備高性能的高分辨率探測器及其視頻處理電路等外，也必須具備相機系統(tǒng)控制技術(shù)的管理控制設(shè)備來實現(xiàn)相機分系統(tǒng)內(nèi)部資源的有序調(diào)配和系統(tǒng)成像控制。文章介紹了專門針對“高分四號”衛(wèi)星靜止軌道高分辨率相機的管理控制設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)架；推薦了一種新型的高軌相機多元冗余的長壽命運動機構(gòu)控制架構(gòu)，并詳細介紹了基于該運動機構(gòu)控制架構(gòu)的在軌紅外定標(biāo)自主式流程控制和在軌旋轉(zhuǎn)濾光自主式變速控制的新方法；最后，重點闡述了可見光多模式成像控制、紅外自動成像模式控制、紅外成像保護控制和黑體溫度自主控制等多項相機系統(tǒng)控制新技術(shù)應(yīng)用。該文成果在系統(tǒng)可靠性框架、自主控制、軟件容錯等技術(shù)方面可為后續(xù)型號產(chǎn)品的研制提供借鑒。

自主控制 高分辨率相機 地球靜止軌道 “高分四號”衛(wèi)星

0 引言

“高分四號”衛(wèi)星是我國成功發(fā)射的首顆地球靜止軌道高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星，主載荷光學(xué)遙感相機是目前我國地球靜止軌道對地觀測空間分辨率最高、視場最寬的光學(xué)遙感器。相機配置了可見光紅外和中波紅外成像通道，既可對定點區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全天時、全天候的凝視觀測，也可對突發(fā)事件進行應(yīng)急觀測，能夠滿足災(zāi)害風(fēng)險預(yù)警預(yù)報、林火災(zāi)害監(jiān)測、地震構(gòu)造信息提取和氣象天氣監(jiān)測等各種業(yè)務(wù)需求[1-5]，有效地彌補了中低軌道遙感器重訪周期長、相對視場小等方面的不足，對我國天基觀測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建和完善具有舉足輕重的作用。

“高分四號”衛(wèi)星相機優(yōu)越性能的實現(xiàn)，不僅因為具有先進的光機設(shè)計理念，還具備了極具創(chuàng)新性的、強大的電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計做后盾。管理控制設(shè)備作為整個相機載荷分系統(tǒng)控制核心，既是連接衛(wèi)星平臺以及相機分系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間交流的紐帶，也是實現(xiàn)整個分系統(tǒng)任務(wù)管理和調(diào)度的核心。針對相機系統(tǒng)控制方面，國內(nèi)研究者們已經(jīng)在借助圖像數(shù)據(jù)進行紅外成像在軌輻射定標(biāo)、多光譜成像控制、常見溫度控制系統(tǒng)和相機溫度解算等方面進行過相關(guān)的研究，也已有一定的研究基礎(chǔ)，而“高分四號”衛(wèi)星相機管理控制設(shè)備針對靜止軌道應(yīng)用特點實現(xiàn)了相機更優(yōu)越的性能。本文重點圍繞“高分四號”衛(wèi)星相機管理控制設(shè)備在運動部件可靠性、自主控制、可見光成像和紅外成像等幾個方面的突出應(yīng)用特點展開介紹。

1 相機控制架構(gòu)

相機的管理控制設(shè)備為相機載荷分系統(tǒng)控制核心，除了完成數(shù)據(jù)交換、能源分配和狀態(tài)監(jiān)測等基本功能外[6]，管理控制設(shè)備還需實現(xiàn)地球靜止軌道特殊及復(fù)雜相機系統(tǒng)控制技術(shù)（包括高可靠的運動機構(gòu)自主控制技術(shù)、可見光多模式成像控制技術(shù)和紅外成像自主控制技術(shù)等），才能夠充分滿足“高分四號”衛(wèi)星靜止軌道高分辨率相機對地面快速、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的目標(biāo)觀測的需求。相機管理控制系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 相機管理控制系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Block diagram of the management and control system of camera

高可靠的運動機構(gòu)控制技術(shù)借助多元冗余的運動機構(gòu)控制構(gòu)架進行多機構(gòu)可靠的控制，由數(shù)據(jù)處理單元和運動機構(gòu)控制單元實現(xiàn)星上定標(biāo)機構(gòu)自主流程控制和旋轉(zhuǎn)濾光運動機構(gòu)變速控制；可見光多模式成像控制技術(shù)憑借數(shù)據(jù)處理單元和可見光成像控制單元實現(xiàn)相機可見光通道的單拍、連拍、準(zhǔn)視頻成像等多種模式控制，紅外成像自主控制技術(shù)依靠數(shù)據(jù)處理單元和紅外成像控制單元實現(xiàn)自動紅外成像模式、紅外成像保護機制和黑體控溫自主控制等。

2 運動機構(gòu)可靠控制

2.1多元冗余的運動機構(gòu)控制架構(gòu)

空間輻射影響和故障模式是航天器電子學(xué)單機進行可靠性設(shè)計要考慮的重要問題，地球靜止軌道的空間輻射環(huán)境也尤為復(fù)雜[7]。在靜止軌道中CMOS器件的單粒子鎖定（Single Event Latchup，SEL）以及功率晶體管的單粒子燒毀（Single Event Burnout，SEB）和單粒子?xùn)糯⊿ingle Event Gate Rupture，SEGR）等失效模式可能會導(dǎo)致CMOS器件和功率晶體管發(fā)生不可逆的故障[8-11]。因此，單純依賴CMOS器件和功率晶體管自身抗單粒子能力來實現(xiàn)產(chǎn)品可靠性是不夠的，還要從電路設(shè)計角度進行防護。

管理控制設(shè)備采用CMOS器件和功率管等實現(xiàn)多種運動機構(gòu)的綜合控制。為實現(xiàn)高軌、高可靠的機構(gòu)控制，管理控制設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計了一種多元冗余的運動機構(gòu)控制構(gòu)架，防止空間輻照效應(yīng)或其他原因?qū)е码娐饭δ苁?，以提高產(chǎn)品的可靠性。

每種機構(gòu)控制鏈路包括：配電控制、功率電源、合并環(huán)節(jié)、功率限流、功率驅(qū)動和邏輯控制等多個部件，如圖2所示，標(biāo)有“主”或“備”的部件為“主”或“備”加電工作時，“備”或“主”處于不加電狀態(tài)。在運動機構(gòu)控制框架中，除了功率驅(qū)動部分內(nèi)部的多個功率管之間串并聯(lián)冗余外，還包括功率電源和邏輯控制電路之間可交叉冗余、功率電源和功率驅(qū)動之間交叉冗余、功率限流之間相互冗余等。上述由多個運動機構(gòu)控制鏈路構(gòu)成的系統(tǒng)稱為多元冗余的運動機構(gòu)控制架構(gòu)。該目的是保證各環(huán)節(jié)在空間單離子效應(yīng)導(dǎo)致某環(huán)節(jié)的某個器件失效的情況下，機構(gòu)控制系統(tǒng)仍能可靠工作或通過切換仍能可靠工作，該機構(gòu)控制方案可為高軌相機多復(fù)雜機構(gòu)的長壽命控制提供長期保障。

圖2 多元冗余的運動機構(gòu)控制架構(gòu)Fig.2 Block diagram of controlling multiple redundance mechanism

2.2在軌紅外定標(biāo)自主式流程控制

遙感相機紅外成像需要進行輻射定標(biāo)，其中一種方式就是在軌輻射校正[12-13]。管理控制設(shè)備負(fù)責(zé)控制定標(biāo)運動機構(gòu)適時參與紅外成像的在軌輻射定標(biāo)工作。在軌定標(biāo)工作開展，除了具備多元冗余架構(gòu)來保證架構(gòu)的可靠動作，還開創(chuàng)了一套自主式的在軌紅外定標(biāo)控制流程，在紅外成像流程中適時切入和自動退出，在發(fā)射、變軌過程或不可抗拒的外部原因等導(dǎo)致機構(gòu)位置偏離時，運動機構(gòu)控制單元再次工作時自動調(diào)整定標(biāo)機構(gòu)回到初始位置，以實現(xiàn)紅外輻射定標(biāo)的自主控制。

圖3 定標(biāo)機構(gòu)位置示意Fig.3 Position of calibration mechanism

圖4 紅外輻射定標(biāo)自主控制流程Fig.4 Autonomous control flow graph of infrared radiation calibration

定標(biāo)運動機構(gòu)位置示意如圖3所示，包括初始位置、……、中間位置N、……、終點位置等有效位置。紅外定標(biāo)控制流程如圖 4所示，當(dāng)自動紅外成像或分步紅外成像執(zhí)行至定標(biāo)運動機構(gòu)加電時（自動紅外成像流程見4.1節(jié)），管理控制設(shè)備啟動定標(biāo)機構(gòu)自主回零機制，識別定標(biāo)機構(gòu)位置：若定標(biāo)機構(gòu)處在零位，則不控制輸出；若識別機構(gòu)處于其他有效位置或非有效位置位置，則自主識別機構(gòu)所處位置區(qū)間，使定標(biāo)機構(gòu)回到有效位置后再控制機構(gòu)返回初始位置；若無法識別是否到達初始位置，設(shè)置最大控制行程，保護機構(gòu)不被損壞，并反饋錯誤信號。

當(dāng)定標(biāo)運動機構(gòu)目標(biāo)位置為中間位置N時，當(dāng)前位置若滿足目標(biāo)位置則不控制輸出；若當(dāng)前位置是非目標(biāo)位置的其他有效位置，則控制機構(gòu)運動到目標(biāo)位置；若當(dāng)前位置為非有效位置，先自主識別有效位置區(qū)間，再從最近的有效位置運動到目標(biāo)位置；若無法識別到目標(biāo)位置，設(shè)置最大控制行程，保護機構(gòu)不被損壞，并反饋錯誤信號。

當(dāng)定標(biāo)運動機構(gòu)目標(biāo)位置為終點位置時，若滿足目標(biāo)位置則不控制輸出；若當(dāng)前位置是非終點位置，先自主識別有效地位置區(qū)間（識別過程設(shè)置最大控制行程，保護機構(gòu)超過終點位置不被損壞）并運動到最近有效位置，再運動到終點位置；若無法識別終點位置，設(shè)置最大控制行程，保護機構(gòu)不被損壞，并反饋錯誤信號。

2.3 在軌旋轉(zhuǎn)濾光自主式變速控制

針對“高分四號”衛(wèi)星地球靜止軌道高分辨率可見光成像特點，相機需要進行星上大尺寸旋轉(zhuǎn)濾光運動機構(gòu)控制以切換不同譜段的光進入光路，同時結(jié)合相機不同的拍照模式，實現(xiàn)可見光通道多模式成像。

管理控制設(shè)備在多核數(shù)據(jù)處理單元調(diào)度下，基于第 2.1節(jié)的控制框架設(shè)計了一種星上大尺寸旋轉(zhuǎn)濾光運動機構(gòu)控制技術(shù)。星上大尺寸旋轉(zhuǎn)濾光控制主要包括自主復(fù)位控制、任意譜段自主切換控制和變速控制等。當(dāng)管理控制設(shè)備加電或收到復(fù)位指令后，將旋轉(zhuǎn)濾光運動機構(gòu)進行自主復(fù)位，復(fù)位過程依靠位置反饋進行多次順時針和逆時針控制而最終確定，復(fù)位過程的位置反饋信號也要進行多次判讀，避免干擾信號造成的誤判，保證可靠復(fù)位。

旋轉(zhuǎn)濾光運動機構(gòu)也具有多個位置，示意圖如圖5所示，從一個位置到另外一個位置時有兩條途徑，但僅有一條是最短路徑。因此，在收到任意譜段切換指令后，自主計算出最短路徑，以實現(xiàn)最高效率的譜段切換。

由于旋轉(zhuǎn)濾光運動機構(gòu)尺寸較大，在系統(tǒng)運動時折算轉(zhuǎn)動慣量較大，同時系統(tǒng)對譜段切換還有較高的時間要求，為了解決上述問題，在控制方式上采用了變速控制，如圖6所示。在系統(tǒng)啟動后，逐步加速，保證了驅(qū)動電機輸出足夠的轉(zhuǎn)動慣量，當(dāng)濾光片達到足夠的轉(zhuǎn)速后保持勻速運動狀態(tài)。為了防止過沖，當(dāng)切換快要到位時，逐步降低轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)濾光機構(gòu)轉(zhuǎn)速加速度、時間以及勻速運動頻率均需要根據(jù)譜段特性進行計算。變速控制既能保證驅(qū)動電機輸出足夠的轉(zhuǎn)動慣量又能節(jié)約譜段間切換時間，有效保證了星上大尺寸旋轉(zhuǎn)濾光運動機構(gòu)的可靠控制。

圖5 旋轉(zhuǎn)濾光機構(gòu)位置示意Fig.5 Position of the spectral filter mechanism

圖6 旋轉(zhuǎn)濾光機構(gòu)速度控制曲線Fig.6 Speed curve of the spectral filter mechanism

管理控制設(shè)備突破了旋轉(zhuǎn)濾光譜段多、模式復(fù)雜、譜段迅速切換和轉(zhuǎn)動慣量大等多項難點，在保證相機可見光成像前提下的實現(xiàn)濾光輪自主切換控制，為靜止軌道可見光可靠成像提供保障。

3 可見光多模式成像

“高分四號”衛(wèi)星靜止軌道高分辨率相機可見光成像采用凝視成像方式，針對可見光成像特點，突破傳統(tǒng)單一成像模式，設(shè)置了多種在軌成像模式，如單拍、連拍以及與多種譜段結(jié)合成像等多種模式。多光譜多模式的可見光成像是通過在光路中不斷切換載有不同波長濾光片機構(gòu)來實現(xiàn)的[14]。

在 2.3節(jié)中，介紹的在軌旋轉(zhuǎn)濾光機構(gòu)自主式變速控制技術(shù)為“高分四號”衛(wèi)星相機實現(xiàn)高分辨率可見光多模式成像的關(guān)鍵技術(shù)。在管理控制設(shè)備控制下，根據(jù)地面發(fā)送的在軌成像子模式，可實現(xiàn)秒級的單拍、連拍、多譜段單拍、準(zhǔn)視頻成像等成像模式。多種成像模式控制特點見表1所示，單拍模式用時最短，對特殊目標(biāo)進行短時成像，同時可通過切換譜段對不同光譜特點的目標(biāo)進行成像，獲取用戶更關(guān)心的目標(biāo)特征，適用于突發(fā)事件的目標(biāo)探測。連拍、準(zhǔn)視頻成像模式可以實現(xiàn)對目標(biāo)的連續(xù)觀測，適用于觀察大氣、海洋和陸地漸變過程。

表1 相機多種成像模式控制特點Tab.1 Control characteristics of multiple imaging modes

在可見光多種成像模式中可通過管理控制設(shè)備調(diào)整積分時間，配合相機可見光成像組件，實現(xiàn)對色彩繽紛、明暗交錯的目標(biāo)進行高清成像，就像具有焦距、光圈和曝光時間調(diào)整能力的單反相機一樣，“高分四號”衛(wèi)星相機借助管理控制設(shè)備實現(xiàn)了可積分調(diào)整，可對焦，可單拍，可連拍，可準(zhǔn)視頻成像等多功能和多模式應(yīng)用，成為了新一代多功能、多模式、高軌、高分辨率相機。

4 紅外成像自主控制

4.1自動紅外成像模式

“高分四號”衛(wèi)星相機是運行在36 000km軌道高度的地球靜止軌道高分辨率相機，其紅外成像流程復(fù)雜，需要多個設(shè)備參與和多項步驟執(zhí)行。若采用地面指令形式，衛(wèi)星平臺需要發(fā)送多條指令完成紅外成像，還需要人工進行健康狀態(tài)診斷和計時，成像過程復(fù)雜而且用戶使用起來也不便捷，同時，由于需要進行天地閉環(huán)控制，紅外成像的實時性也會降低。為實現(xiàn)相機快速、連續(xù)的紅外目標(biāo)觀測，需要成像控制更自主化，管理控制設(shè)備針對靜止軌道高分辨率紅外成像的特殊性，創(chuàng)新實現(xiàn)了相機自動紅外成像模式，節(jié)省了地面發(fā)送指令、人工健康狀態(tài)診斷和計時等操作時間，提高了紅外成像效率。

自動紅外成像模式任務(wù)流程如圖7所示。當(dāng)管理控制設(shè)備接收到用戶的紅外成像指令后，啟動自動紅外成像控制程序，根據(jù)制冷設(shè)備傳送的探測器溫度數(shù)據(jù)進行實時判斷，達到滿足溫度范圍，由相機能源分配單元對紅外成像組件加電，相機按照紅外成像控制單元預(yù)設(shè)成像參數(shù)進行紅外成像。過程中，管理控制設(shè)備捕捉、匯總以及打包相機完整的紅外成像數(shù)據(jù)，并定時自主的下傳至衛(wèi)星輔助數(shù)據(jù)中。待定標(biāo)機制啟動，通過相機能源分配單元和運動機構(gòu)控制單元啟動控溫功能，待黑體溫度達到紅外探測器輻射定標(biāo)要求，啟動在軌紅外定標(biāo)成像控制。相機紅外成像組件按照自動時序在定標(biāo)機構(gòu)運動到每個位置后，分別進行初始位置定標(biāo)成像、……、中間位置N定標(biāo)成像、……、終點位置定標(biāo)成像等。定標(biāo)成像后，即對對地面目標(biāo)連續(xù)觀測。觀測過程中，用戶可根據(jù)觀測目標(biāo)對相機成像參數(shù)（如積分時間和增益等）進行微調(diào)。觀測任務(wù)結(jié)束后，管理控制設(shè)備控制相機能源分配單元、運動機構(gòu)控制單元和紅外成像控制單元等部分恢復(fù)初始狀態(tài)，切斷不需要工作的部分電源以達到節(jié)能效果，結(jié)束紅外成像自主控制進程。

圖7 自動紅外成像模式流程Fig.7 Flow chart of auto infrared imaging

通過自動紅外成像模式，管理控制設(shè)備合理安排成像步驟和有序調(diào)配應(yīng)用資源，可以節(jié)省用戶多條指令和人工判讀時間，天地閉環(huán)的響應(yīng)時間可提高數(shù)倍。管理控制設(shè)備借助自動紅外成像模式，控制相機紅外成像電路組件，輔助相機迅速將快速、連續(xù)的圖像呈現(xiàn)在用戶面前。

4.2紅外成像保護機制

在紅外成像過程中，為了保護紅外探測器不會因自身工作產(chǎn)生的熱量或某些不可抗拒外部原因?qū)е聹囟冗^高而損壞，管理控制設(shè)備專門研發(fā)了一種紅外成像保護機制。

在實現(xiàn)自動紅外成像或者分步紅外成像時，探測器配置的專用制冷設(shè)備也開始工作。管理控制設(shè)備根據(jù)紅外制冷控制組件通過內(nèi)部總線傳送的探測器溫度數(shù)據(jù)進行實時判斷比較，在探測器各溫度參數(shù)達到或低于預(yù)設(shè)的溫度閾值，控制相機能源分配單元才對紅外成像電路部分加電，避免紅外探測器因不滿足溫度要求就執(zhí)行了用戶的加電指令，而對探測器造成損壞。同理，紅外成像過程中，若紅外探測器溫度過高，會對探測器造成損壞，進而可能導(dǎo)致相機失去紅外成像功能，管理控制設(shè)備能夠觀測全程，對探測器溫度進行智能判讀，一旦探測器溫度達到或高于預(yù)設(shè)最高溫度，就控制紅外成像控制單元和相機能源分配單元切斷紅外探測器電源，停止紅外成像，及時保護探測器安全，詳細的紅外成像保護機制流程圖如圖8所示。另外，加電溫度閾值和斷電溫度閾值均可通過地面指令按照規(guī)則進行隨機配置，保護溫度設(shè)置如表2所示。

管理控制設(shè)備對紅外成像保護機制自身也要采用保護手段，診斷過程要進行多次連續(xù)判讀，滿足條件再進行保護機制啟動，若連續(xù)采集一定時間仍不滿足紅外成像條件則停止成像，第一時間向地面用戶反饋探測器異常信息。

圖8 紅外成像保護機制流程Fig.8 Flow chart of infrared imaging with safeguard

表2 紅外成像保護機制溫度數(shù)據(jù)Tab.2 Temperature data of infrared imaging with safeguard

4.3黑體溫度自主控制

在實現(xiàn)自動紅外成像模式或者分步進行定標(biāo)成像時，管理控制設(shè)備要啟動一項重要的工作——定標(biāo)黑體控溫功能。黑體溫度到達紅外探測器的輻射定標(biāo)要求，才能保證相機進行清晰的紅外成像。

常見的控溫方式及對比情況見表3。從對比結(jié)果可以看出，開關(guān)控溫一般適用控溫精度較低的場合[15-16]，在我國許多工業(yè)過程控制、工業(yè)溫度控制系統(tǒng)、手持或移動式電子設(shè)備中仍被使用[16-17]，不適用于紅外成像的黑體溫度控制。PID（Proportional-Integral-Differential，PID）控溫多用于智能控制系統(tǒng)中的控溫方式，控溫精度高，紅外成像輻射定標(biāo)需要對溫度點適時在軌配置，也需要進行多路控溫，需要溫度采集與溫度控制進行組合應(yīng)用[18-20]，因此數(shù)字PID控溫更適合在軌定標(biāo)黑體控溫。根據(jù)上述分析，數(shù)字PID控溫是適合紅外成像黑體控溫的方式，但相機整體控溫方式還是采用時間最優(yōu)的控制算法，就是將數(shù)字開關(guān)控溫和數(shù)字PID控溫相結(jié)合的方式。

表3 不同控溫方式對比表Tab.3 Comparison of multiple temperature controlling modes

管理控制設(shè)備采用的控溫模型如圖9所示。在當(dāng)前溫度與目標(biāo)溫度值相差大于閾值時，啟用開關(guān)控制，即全功率加熱或制冷，節(jié)省處理器資源，當(dāng)目標(biāo)溫度與當(dāng)前值的差值在閾值以內(nèi)時，采用PID算法進行控溫，保證控溫精度。

圖9 控溫模型Fig.9 The model of temperature controlling

數(shù)字PID控溫的溫度、控溫精度和控溫穩(wěn)定度見表4所示，從表中可以看出控溫精度和穩(wěn)定度均控制在小于0.1K的溫度范圍內(nèi)。

表4 溫度控制數(shù)據(jù)Tab.4 Data of temperature controlling

5 結(jié)束語

“高分四號”衛(wèi)星遙感相機管理控制設(shè)備依托自身有序的資源調(diào)配和管理能力，保證相機與衛(wèi)星平臺之間的指令和數(shù)據(jù)交換，同時也保證相機各部件的正常有序運轉(zhuǎn)和可靠工作，依靠復(fù)雜相機系統(tǒng)控制技術(shù)輔助相機迅速將連續(xù)圖像呈現(xiàn)給用戶。相機管理控制設(shè)備的成功研制和在軌穩(wěn)定運行，開創(chuàng)了國內(nèi)同類產(chǎn)品在靜止軌道應(yīng)用的先河，產(chǎn)品在系統(tǒng)可靠性框架、自主控制、軟件容錯等技術(shù)方面可為后續(xù)型號產(chǎn)品的研制提供借鑒。

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System Control Technology of High Resolution Camera In Geostationary Orbit

TANG Shijian ZHANG Donghao CHAI Fengping

（Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）

GF-4 satellite was successfully launched at the end of 2015. Its high-resolution camera as the main satellite payload can solve the observation problem that the camera in low orbit cannot observe mutations, continuous natural disasters or adverse weather. To achieve fast, continuous, reliable and stable observation in about 36,000km geostationary orbit, in addition to high-resolution detectors and video processing circuit, it is necessary to rely on orderly deployment of camera internal resources and intelligent imaging control achieved by management and control equipment. This paper describes the system architecture of management and control equipment specialited for GF-4 high-resolution camera of geostationary orbit, recommends a new, long-life and multiple redundant mechanism control architecture in geostationary orbit, and details the autonomous control of the infrared radiation calibration and the autonomous variable speed control of the spectral filter mechanism based on this mechanism control framework. It also describes a variety of new camera system control technology, such as visible multi-mode imaging control, auto infrared imaging mode, infrared imaging control with safeguard and digital PID temperature control. The results of the paper provide references for developing the future products in the aspects of system reliability framework, independent process control, and software fault tolerance.

autonomous control; high-resolution camera; geostationary orbit; GF-4 satellite

V447

: A

: 1009-8518(2016)05-0058-11

10.3969/j.issn.1009-8518.2016.05.007

唐士建，男，1982年生，畢業(yè)于北京理工大學(xué)控制科學(xué)與工程專業(yè)，碩士，高級工程師。主要研究方向為航天遙感器電子工程及控制技術(shù)。E-mail: 741124372@qq.com。

（編輯：龐冰）

2016-03-30

國家重大科技專項工程