美国快速响应卫星遥感相机电子学的技术特点

荣鹏

（北京空间机电研究所，北京 100094）

美国快速响应卫星遥感相机电子学的技术特点

荣鹏

（北京空间机电研究所，北京 100094）

以美国快速响应卫星光学遥感相机电子学产品所使用的技术为研究对象，首先介绍了快速响应卫星的发展历程，然后详细介绍了该类卫星光学遥感相机电子学产品在总线技术的应用、图像算法的使用、软件的重配置、低等级器件的选用、单粒子效应的防护等方面的情况。最后结合美国快速响应卫星相机电子学产品的技术特点得出 3点启示：第一，为实现快速响应卫星的设计要求，COTS （Commercial off-the-shelf）器件在相机电子学产品中得到了广泛的应用；第二，多光谱成像技术是未来相机电子学的发展方向；第三，图像的在轨处理技术是未来遥感相机电子学的发展重点。期望这些快响技术工作原理和实现方式的分析介绍，能为中国遥感相机电子学产品的研制工作提供参考。

快速响应 空间相机 电子学系统 单粒子效应 即插即用 卫星遥感

0 引言

从2000年起，美国通过研究发现已有的航天遥感系统不适应联合作战的要求，在实际应用中暴露出了诸多不足。首先，现有的大型卫星系统还不能及时响应战场变化，时效性差；其次，卫星的研制、准备和发射的时间很长，费用高昂；第三，发生故障后损失巨大，不适合战术应用。这些问题迫使美国探索成本低廉、灵活可靠的空间系统，以实现更快的应用需求。

针对上述问题，美国调整了卫星研制的目标，提出了“更快、更好、更省”的新设计理念。随后，美国综合上述设计需要，于2002年首次提出快速响应（operationally responsive space，ORS）的概念。在卫星研制方面，美国海军研究实验室和空军实验室已完成了从 TacSat-1到 TacSat-6，以及 ORS-1到ORS-4的研制。其中TacSat-1、TacSat-2、TacSat-3、ORS-1和ORS-4的微小卫星上装备了光学遥感载荷。

TacSat-1是一颗低分辨率光学成像小卫星。它搭载的红外成像仪使用的探测器不需要低温冷却。TacSat-1作为“战术卫星”系列的首颗卫星，在设计思想上还是继承了传统卫星和空间飞行器的设计思路。它的主要任务是验证载荷的控制和保密路由网络的数据分发，保证地面应用人员可以直接遥控星上成像设备，并从保密路由网络中获得所需要的图像信息[1]。

TacSat-2是一颗全色多光谱光学成像小卫星。它的主要任务是了解快速部署卫星的工程技术；了解快速研制新卫星和有效载荷的要求和限制；了解小卫星之间如何相互引导才能实现目标成像。TacSat-2的主要载荷是地球表面成像仪。该成像仪采用仙童公司（Fairchild）的CCD583型TDI CCD（time delayed and integration charge coupled device），具有较高的地面扫描速率。在软件方面，成像仪采用了可对敏感目标图像进行提取的RX（Reed-XiaoLi）算法；在硬件方面，成像仪使用COTS（commercial off-the-shelf）器件实现载荷设计，同时使用即插即用技术实现设备间的接口通用化。这些改进体现了TacSat-2的进步[2-4]。

TacSat-3主要用于评估超光谱传感器的应用效能，同时研制能够快速响应的、具有灵活性和低成本的太空作战系统。其主要载荷为先进响应型战术有效军用成像光谱仪（advanced responsive tactically effective military imaging spectrometer，ARTEMIS）。相比上一代产品，ARTEMIS成像仪在成像光谱数量方面提高显著，拥有几百个成像谱段，可以探测到地面的特征，并像油画那样显示细节。在载荷设计方面，该卫星继承上一代卫星的设计思路，大胆使用COTS器件和总线技术，同时将多种压缩算法存储在星上，通过软件重配置技术实现单独调用，以满足不同任务的需求，还将商业相机直接加固后用于副载荷的设计。这些设计方法比上一代产品又有了很大的进步[5-7]。

ORS-1是一颗多光谱成像卫星。其星载设备主要包括一台改进型“高级光电侦察系统-2”（senior year electro-optical reconnaissance system，SYERS-2）多光谱传感器、固态存储器（容量达64Gbits，可缓存6 000km2未压缩的NIIRS-4级别的图像数据）、载荷保护装置等。其中主载荷（改进型“高级光电侦察系统-2”）是由 U2侦察机的主载荷加固、改进而来。ORS-1卫星是首颗使用航空机载成像设备作为主载荷的遥感卫星。该卫星的成功应用证明了此类航天器的有效性[8]。

上述4颗美国“快响”卫星的光学遥感相机电子学系统的技术特点如表1所示。

表1 相机电子学技术指标和特点对比Tab.1 Comparison of specifications and characteristics of camera electronics technology

通过以上介绍，可以看出美国“快响”卫星光学遥感载荷的技术改进是按照逐步深入的思路进行的。第一步，实现卫星的及时响应，实现应用者对卫星的直接控制和图像的近实时传递。这是“快响”的基本要求。第二步，针对“更快、更好、更省”的设计目标，在硬件设计上开始使用通用总线技术和COTS器件，以实现更短的研制周期和更低的制造成本，在软件设计中加入各种算法和功能函数库，并辅助以软件重配置技术，为使用者提供更多的应用选择，更好的满足差异化的任务需求。第三步，在多次使用COTS器件的基础上，开始尝试改造COTS设备或军用设备，以实现更快的研发速度、更低的研制成本和更好的应用效果。

我国在航天遥感器的研制方面同样也遇到了诸多问题。这些问题表现为：软件产品灵活性差；硬件的元器件供货周期长，研发进度缓慢；软硬件产品通用性差，无在轨修复能力。有鉴于此，本文将以美国“快响”卫星视频相机电子学技术为目标，详细介绍这些技术的工作原理和应用情况，希望能对我国“快响”卫星的研制，尤其是遥感相机的研制有所帮助。

1 快响技术要求和技术途径

美国快速响应卫星的设计目标是“更快、更好、更省”。用“更快”的设计理念提高卫星研制的速度，用“更好”的设计目标来提高卫星的响应能力，用“更省”的设计要求来降低设计成本。具体来说，从单机研制到整星组装、调试用时1年左右，而发射阶段只需要1周左右的准备时间；功能方面要具有直接向地面使用人员提供环境感知、给出提示，并警告可能出现的威胁的能力。造价要从几亿美元减少为几千万美元。

为了实现上述设计要求，光学相机电子学产品在硬件、软件、单粒子监控等方面进行了如下尝试：在硬件方面，采用了工业领域中成熟的总线技术实现设备间的即插即用和快速组装，舍去超出任务要求的冗余备份并使用COTS器件以降低成本；在软件方面，重要的处理单元使用可在轨重新配置的FPGA实现软件的更新，使用多种图像处理算法提高图像品质和实用性；在单粒子监控方面，使用有针对性的软硬件技术缓解单粒子效应对产品可靠性的影响，确保COTS器件的可靠性。这些技术的应用使得“快响”卫星相机电子学产品具有灵活、实用、适应性强、成本低、可靠性高的鲜明特点，有效的实现了原定的设计目标[9]。

2 硬件技术

美国“快响”卫星在硬件设计方面有两个主要特点：一是广泛使用能够实现即插即用功能的通用总线。这使得设备之间的连接更加简单，测试更加方便，极大的缩短了研制周期。二是大胆的使用了低等级器件和设备。这种设计方法以目前已有的军用产品或商业现货为基础，通过对其进行软硬件加固和专项测试，使其满足航天应用的要求。这些方法极大的降低了卫星的成本，缩短了研制时间。

2.1 即插即用技术的应用

即插即用（plug-and-play，PnP）是指不需要跳线和软件配置过程，当系统插入一个即插即用设备时，可以在运行过程中动态进行检测和配置的技术。美国快速响应卫星遥感相机电子学系统中常用的即插即用总线主要有Space Wire总线、CPCI总线、Ethernet总线。

2.1.1 Space Wire总线的应用

Space Wire是一种网络型总线。它基于数据包路由选择（packet-switched）机制，通过高速（2～200Mbit/s）、全双工、点对点的数据链路连接节点和路由器，组成星载数据处理网络。Space Wire采用 LVDS（lowvoltage differential signaling）作为电平标准，编码方式采用数据—滤波（data strobe）编码。Space Wire总线的连接方式非常灵活、网络建立十分便利，具有较好的故障检测与恢复机制。它可以保证在总线发生故障后系统能够感知，并自主进行链路重启，不引起故障扩散。在设备自动检测方面，它可以通过“握手—识别—配置”的模式实现主设备对从设备的自动检测。由于具有上述特点，Space Wire总线可以将星上的图像数据处理设备、数据存储设备、成像设备以及地面测试系统等不同的设备和子系统方便地连接到一起，进行集成和测试，极大的缩短了产品的研发时间。Space Wire总线在美国快速响应卫星中有很多应用，其中TacSat-3的ARTEMIS中使用了Space Wire总线。它通过使用一种类似于USB接口芯片的接口模块实现了Space Wire总线的接口设计。该模块可以桥接任意组件，实现设备之间的互连，简化了创建即插即用设备的方式[10]。

2.1.2 CPCI总线的应用

CPCI（compact peripheral component interconnect）总线，又称为紧凑型PCI，是在PCI技术基础之上经过改造而成。CPCI总线时钟频率为 66.6MHz，总线宽度为 32位或 64位，最大数据传输率为528Mbyte/s，支持64位寻址，能够实现高速数据的传输。总线采用数据信号和地址信号分时复用的方式，能够满足突发情况下的数据传输。在兼容性方面，该总线能够实现不同设备和处理器的共存共享，即在同一系统中兼容不同速度的设备，以及兼容多种处理器甚至是未来的新处理器。在应用方面，CPCI总线能够实现设备的即插即用，能够自动检测、识别和配置外部设备。当板卡插入系统后，系统会自动访问板卡的配置空间，通过读取配置空间中的参数，决定外设映射的基地址和所需的资源，再自动寻找相应的驱动程序。由于CPCI设备不占用固定的内存空间或I/O空间，而是由操作系统读取板卡参数决定其映射的地址，所以CPCI总线可以真正的实现即插即用。CPCI总线在实际使用中通常需要总线桥接芯片。该芯片的主要功能是连接CPCI总线和局部总线，连接板卡上的设备和系统总线。CPCI桥接芯片的实现方式有两种：一种方法是选择专用的桥接芯片，另一种是使用 FPGA或 DSP中的硬件资源。美国的TacSat-3采用的是第二种方案。TacSat-3的响应可重构处理器RA-RCC（responsive avionics reconfigurable computer）采用了CPCI总线。总线桥接芯片使用的是Actel公司的RTAX2000型FPGA。该芯片是抗辐射的宇航级反熔丝器件，具有很高的可靠性。Actel公司为RTAX2000提供完整的可用于CPCI总线的IP （intellectual property）核，可以有效的节省开发时间和开发成本[11]。

2.1.3 Ethernet总线的应用

以太网是在20世纪70年代初期由Xerox公司Palo Alto研究中心推出的。1979年Xerox、Intel和DEC公司正式发布了DIX版本的以太网规范，1983年IEEE 802.3标准正式发布。以太网是一种能够使通讯设备相互传递信息的介质。它可以由许多物理网段组合而成，每个网段包括导线和网络设备。在接收数据方面，以太网采用广播机制，所有与网络连接的工作站都可以看到网络上传递的数据。网络设备通过查看数据帧中的目标地址，确定是否进行接收。在数据发送方面，为避免冲突，以太网采用带冲突检测的载波监听多路访问技术（carrier sense multiple access with collision detection，CSMA/CD）。该技术要求通讯设备首先需侦听网络是否空闲，如果空闲，才会把所要发送的信息投放到网络当中。以太网的接入通常使用专用的网卡或主板上的专用电路。无论是哪种方法，实现网络连接功能的电路都需要包含以太网媒体接入控制器和物理接口收发器两个主要的部分。以太网媒体接入控制器主要负责控制和连接物理层的物理介质。物理接口收发器的功能较多：一是实现数据的串并转换和编码输出；二是实现CSMA/CD的部分功能，检测网络上是否有数据在传送；三是进行网络通讯的自协商。自协商功能允许一个网络设备将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对方，并接收对方传过来的相应信息。自协商功能完全由物理层芯片实现，因此不带来任何高层协议开销。在链路初始化时，自协商协议向对方设备发送 16bit的报文并从对方设备接收类似的报文。自协商的内容主要包括速度、双工、流控。自协商功能是以太网设备能够实现即插即用的主要原因。以太网设备通过这种协商建立了设备的自动检测和自动配置。目前，千兆以太网、10G以太网已经在卫星上使用。如TacSat-3的ARTEMIS相机的G4-SBC单板计算机和卫星通信模块之间使用的就是千兆以太网，其以太网媒体接入控制器部分由G4-SBC单板计算机上的DSP实现，物理接口收发器使用的是专用的接口芯片。

2.2 低等级器件的选用和改造

选用已有的商业级、军用级产品，或直接使用COTS器件进行设计是实现卫星低成本制造的重要技术途径。相对于使用宇航级元器件而言的传统设计方法，这种方法更能节省物资成本和时间成本。

在卫星上使用低等级产品需要考虑产品的力学特性、温度适应范围、真空漏气和空间辐射等多方面因素。美国在快速响应卫星研制过程中，考虑到卫星运行的轨道较低，在轨寿命通常为1年，因此适当的放宽了对电子产品的工作时间和寿命的要求，允许在非关键环节上使用低等级元器件或部组件。

2.2.1 商业级产品的加固和实验

ARTEMIS是TacSat-3实验任务的主要有效载荷，其中包括一台可见光相机，该相机又称高分辨率成像仪。为了满足成本和进度方面的要求，负责高分辨率成像仪研制的美国雷声公司将 Dalsa公司的一款成本低、结构紧凑的相机进行了改造。改造后进行了环境实验，重点验证电子学部分的力学、温度、漏气、抗辐射4个方面的特性，试验结果表明改造后的产品能够满足设计要求[12]。

2.2.2 军级产品的改造和移植

移植军用产品是快速响应卫星使用低等级产品的另一种方式。以ORS-1卫星的光电侦查载荷为例，该载荷由古德里奇公司“高级光电侦察系统-2”（SYERS-2）多光谱探测设备改进而成，采用了新型时间延迟积分焦平面。该设备曾是U-2高空侦察机使用的主要成像侦查设备。改进型SYERS-2的侦查设备工作谱段从可见光到中波红外共7个谱段，可以完全兼容改进前的地面接收系统，避免了用户系统的升级。

2.2.3 低等级元器件的应用

美国快速响应卫星的很多产品直接使用 COTS器件或军级器件。其中比较典型的是 TacSat-3的RA-RCC单元。该设备主要用于图像压缩，所用主要元器件中包括 3片 Xilinx公司的 XC4VLX160型FPGA、1片Actel公司的RTAX2000型FPGA。其中XC4VLX160型FPGA是非宇航级的低等级器件，RTAX2000型FPGA是宇航级器件。XC4VLX160型FPGA主要用于图像处理，RTAX2000型FPGA主要用于对低等级器件运行状态的监控。

3 软件技术

“快响”卫星的软件技术特点主要体现在图像处理算法的使用和软件重配置的使用方面。图像处理算法的使用使得卫星可以直接按照地面的要求传输感兴趣的图像，而不是像传统卫星那样在海量图片中挑选感兴趣的图像。软件重配置技术的使用实现了同一平台、不同功能的设计目标，实现了卫星对不同任务的快速响应。这些技术的使用使“快响”卫星相机电子学产品能够“更好”的满足任务需求。

3.1 图像处理算法

美国“快响”卫星空间成像系统中所使用的图像处理算法大致可以分为3类。第一类是针对图像成像品质的算法，主要用于去除成像系统的畸变、响应的不均匀性以及大气对成像的干扰；第二类主要用于对图像中的特定目标进行检测和甄别；第三类是图像的压缩算法。在使用中，第一类算法先将图像中的固定噪声和畸变去除，最大程度的逼近拍摄物的原貌；而第二类算法则在第一类算法的基础上提取图像中的敏感目标，例如特殊建筑物或感兴趣的目标，然后将包含敏感目标的图像进行特殊标注；第三类算法负责根据要求调用合适的压缩算法对图像进行压缩，然后发送给地面使用者。通过这种方式下传的图像可以直接被使用者使用，而不需要地面处理部门经过几天的处理后再转发给使用者。这极大的提高了图像的使用效率，满足用户对图像实时性的需要，实现快速响应的设计要求。在TacSat-2卫星上，图像处理的工作是在可扩展信号处理器（malleable signal processor，MSP）中实现的。该系统用于运行图像的校正算法和压缩算法，实现星载多光谱图像的自适应处理。其具体工作流程如下：

1）MSP首先以流水线的方式对图像数据进行相对辐射校正。它通过乘法增益校正、减法偏移校正以补偿焦平面的非均匀性来实现相对辐射校正；

2）相对辐射校正之后，MSP可以选择RX异常检测算法。该算法主要用于敏感目标的提取；

3）处理后的数据将直接被MSP中的数据压缩模块进行压缩和加密，最后将数据编码，下传到通用数据链路的RF调制解调器中。

据资料显示，TacSat-2卫星的图像压缩单元具有可变压缩比的功能，可根据要求使用不同的压缩比，提高图像传输的效率[13]。这种可变压缩比的压缩方法在 TacSat-3中又有新的提高。高光谱成像仪ARTEMIS所使用的压缩方法被誉为目前最先进的压缩算法。据文献[14]介绍，在ARTEMIS的可重配置处理器中包含了一个预定义函数库，用户可以根据任务的需要自行调用，被调用的函数通过重配置技术进入到FPGA中，实现不同需求的图像压缩。

3.2 软件重配置技术

快速响应卫星的快速响应能力不仅体现在快速组装、快速测试、快速发射方面，还体现在软件的快速更新上。重配置技术是实现软件在轨更新的重要手段。它通过向FPGA内部写入不同的应用程序，实现了同一平台应对多种任务的设计目标。

3.2.1 基于System ACE的重配置技术

系统高级配置环境System ACE（system advanced configuration environment）技术是Xilinx公司提供的一种程序重新配置方法，与传统的可编程只读存储器PROM（programmable read only memory）相比，每比特成本显著降低。利用此技术可以方便的实现全局动态重配置，实现FPGA的分时复用，提高资源利用率。System ACE配置方式主要包括System ACE控制器、Flash卡和被重新配置的FPGA三个部分[15]。TacSat-2中的MSP单元的重配置就是基于这种方式。伺服FPGA的配置由外部的System ACE控制器负责，System ACE控制器连接一个带校验功能的Flash卡，程序存储在Flash卡中；工作时System ACE控制器接收外部控制信号启动对FPGA的配置，外部控制信号除了包括启动配置的信号外，还包括System ACE控制器的地址信号，通过控制地址信号可以对FPGA配置不同的程序，以适应不同的任务需求

3.2.2 基于SelectMAP的重配置技术

SelectMAP模式是Xilinx公司FPGA的常用上电配置方式。该模式由多位并行的数据信号、时钟信号和若干控制信号组成[16]。在TacSat-3中，RA-RCC处理器的FPGA使用了这种重配置模式[17]。在TacSat-3中，负责完成配置的是Actel公司生产的RTAX2000型FPGA，被配置的是3片Xilinx公司生产的V4 LX160 型FPGA。RTAX2000在电路中主要实现PCI桥接芯片的功能，以及3片Xilinx公司FPGA的配置功能。存储V4 LX160型FPGA配置程序的是具有校验功能的Flash存储器，该存储器和RTAX2000型FPGA相连。3片V4 LX160型FPGA的配置信号也同样连接到RTAX2000上。当RTAX2000从PCI总线上收到重配置指令后，从Flash存储器中读取相应的配置程序，完成目标FPGA的配置。

4 单粒子监控技术

在OSR项目中，相机电子学产品的核心器件，例如DSP和FPGA等，大量采用了低等级的商业器件。同类型的低等级器件和宇航级器件相比，在性能、成本、功耗、体积、供货时间等方面都具有明显的优势，非常适合应用于ORS任务中。但是电子元器件在空间工作中会受到银河宇宙射线、太阳耀斑粒子、地球辐射带俘获粒子的影响，造成诸如单粒子锁定、单粒子引发的功能中断（single event functional interrupts，SEFI）等问题。低等级器件在这方面较宇航级器件相差很多，如果不采取监测和控制措施，会影响产品的可靠性。为了提高低等级器件抗单粒子的能力，设计中主要使用了基于时间的三模冗余方法和H-Core（Hardened-Core）技术[18]。

4.1 TTMR 算法

TTMR（time triple modular redundancy）是一种将三模冗余和时间冗余相结合的方法。它可以减缓单粒子锁定，让CPU或者FPGA自动检错和纠错。这种方法将三模冗余技术和资源占用率相结合，在实现三方对比的同时尽量减少资源的消耗量。TTMR可以运行在CPU中，也可工作在FPGA中，具有很好的通用性。为了验证TTMR算法的有效性，加州大学Davis分校的Crocker核物理实验室和Lawrence Berkeley国家实验室进行了相关的辐照试验。试验时，对“战术卫星-2”的BSP-15处理器以51MeV的能量进行质子流轰击，最初版本的TTMR出现错误，测试到TTMR v2.2版，程序能发现并纠正所有由SEU造成的错误。在测试的全过程中，TTMR能100%的发现并纠正SEU造成的错误。经过实验验证，BSP-15运行TTMR后的总剂量达到950Gy，可以作为航天电子产品元器件使用。

4.2 H-Core技术

SEFI如果发生在微处理器内部，会造成微处理器进入不确定的状态或者停止响应。通常地面站如果发现某一设备停止响应，则会采取重新上电的方式进行恢复。整个设备在 SEFI发生期间和重新启动设备期间是无法工作的，这会造成数据丢失和系统延时等问题。为此，Space Micro公司发明了H-Core技术。H-Core技术是一款用于监控的辐射加固型芯片。它可以回读被监控芯片的内部逻辑状态，以判定该芯片是否发生SEFI。如果检测到SEFI发生，H-Core则开始对被监控芯片进行重新配置，使其恢复到正确状态。为验证H-Core对SEFI的检测和恢复能力，在Davis实验室对三款芯片做了51MeV的质子辐照实验。统计结果表明H-Core在测试期间100%的检测并纠正了SEFI。使用H-Core技术可以对低等级器件进行单粒子的监控，保证低等级器件的在轨稳定运行。

5 启示

美国“快响”卫星在硬件设计、软件设计和单粒子监控设计方面具有鲜明的技术特点。其中总线技术的应用实现了产品的快速研制，图像算法和软件重配置技术的使用更好得满足了用户的需求，低等级器件和单粒子防护技术则降低了研制成本，保证了产品的可靠性。通过研究美国快速响应卫星电子学产品的技术特点，对照我国光学遥感相机视频电子学的研制现状，得到以下启示。

1）快速响应卫星是一种具有灵活的系统架构、低廉的生产成本和简单的制造工艺的小卫星。卫星的特点决定了视频电子学产品和以往产品相比具有很多不同。由于整星不再追求较长的在轨寿命，因此在制造过程中大量使用了COTS器件。COTS器件的广泛使用成为快速响应卫星视频电子学的一个特点。同时从对COTS器件采取的可靠性设计中可以看出，美国快速响应卫星在追求低成本、高效益的同时并没有降低对可靠性的要求。在提高产品可靠性方面，设计人员通过标准化的硬件接口，实现了不同设备之间的灵活互联，为信号和数据的传输提供了通用的、统一的硬件平台；可重配置的软件实现了卫星的在轨修复；单粒子监控技术为提高COTS器件的抗辐照能力提供了技术保障。我国在遥感卫星视频电子学产品中也使用COTS器件，但就COTS器件的可靠性设计方面和美国相比还有差距。我国使用COTS器件的主要原因是缓解宇航级高可靠性元器件的紧缺问题。因此，着重研究COTS器件的使用方法，提高COTS器件在使用中的可靠性，对我国遥感卫星视频电子学产品来说具有非常重要的现实意义，应该得到足够的重视。

2）多光谱成像可以利用伪装物和背景物在某个成像谱段上的微小差异实现对伪装目标的探测。在TacSat系列和ORS系列中，所有相机均为多谱段成像设备，谱段数量也从简单的TacSat-2的4个谱段到复杂的TacSat-3的四百多个谱段不等。从以上情况可以看出单纯的全色成像已经不能满足实际需要，多光谱或高光谱成像将成为未来视频电子学的发展趋势。我国的遥感相机发展也同样呈现上述趋势，近几年发射的遥感卫星大多具备多光谱成像能力。

3）图像的在轨处理是视频电子学未来的一个重要发展方向。复杂的图像算法需要性能更为强大的处理平台。NASA和很多宇航机构一直在研制处理能力更强、功耗更低的信号处理设备。从TacSat系列卫星的各种处理器中可以看出，高性能CPU、嵌入式操作系统、高速数据存储器以及高性能FPGA将成为未来信号处理设备的重要组成部分。这些技术的使用将改变目前单纯依靠FPGA实现图像处理算法的现状，同时将提高信息处理能力，缩短算法开发时间。我国视频电子学的图像处理设备发展相对缓慢。这主要受限于宇航级元器件的生产能力。解决这一问题的根本还是要大力发展元器件的设计和制造能力，另外使用COTS器件也可以起到一定的缓解作用。

6 结束语

美国在快速响应卫星方面起步早，在设计方面通过统一的硬件接口、可重配置的软件、图像的在轨处理、低等级器件的使用以及对单粒子的监控实现了“更快、更好、更省”的设计目标。在快响卫星设计过程中，其总线技术、图像算法和软件重配置技术、低等级器件和单粒子防护技术等领域一些比较成功的设计方法值得我们借鉴。

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Electronics Technical Characteristics of Camera for American Operationally Responsive Satellite

RONG Peng

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

The object of this research is the technologies used in camera electronics products on American operational response satellite. First, the operational response satellite development course is introduced, then, application of this kind products in bus-technology, use of the image algorithm, reconfiguration of software, selection of low level devices and protection of single event effect are illustrated in detail. Three implications of the technical characteristics are clarified. First, to reach the design requirements of the operational response satellite, COTS components are widely used. Second, multi-spectral imaging technology leads the future orientation of camera electronics. Third, on-orbit image processing technology is the development priority of electronics in remote sensing camera. The operation principle and implementation mode of these technologies will provide reference for the development of remote sensing camera electronics in China.

operational response; space camera; electronics system; single event effect; plug-and-play; satellite remote sensing

V445.8

: A

: 1009-8518(2016)02-0009-09

10.3969/j.issn.1009-8518.2016.02.002

荣鹏，男，2005年毕业于哈尔滨工业大学自动化测试与控制系，高级工程师，目前主要从事空间遥感相机信号处理方面的研究。E-mail：163ncnet@163.com。

（编辑：夏淑密）

2015-07-13