天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估方法【征求意见稿】

ICS点击此处添加ICS号CCS点击此处添加CCS号中华人民共和国国家标准`In-orbitevaluationmethodsformicro-vibrationcharacteristicsandimspace-basedopticalremotes在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。IGB/TXXXXX—XXXX 32规范性引用文件 33术语和定义 34评估目的 45评估依据 46评估原则 57评估条件 58评估系统 58.1微振动光学探测器要求 68.2传感器要求 68.3传感器布置 68.4控制器要求 78.5信号传输电缆要求 79评估方法和流程 79.1预示分析 89.2在轨测试 99.3微振动测量数据处理分析 9.4光学载荷观测性能影响分析 9.5综合性能评估 9.6评估总结 附录A（资料性）时间历程数据的时域和频域处理分析方法 附录B（资料性）减隔振装置抑制效率常用评价方法 附录C（资料性）天基光学遥感成像质量分析与评价方法 GB/TXXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会（SAC/TC425）提出并归口。本文件起草单位：中国空间技术研究院遥感卫星总体部、航天东方红卫星有限公司、北京空间机电研究所、中国资源卫星应用中心、二十一世纪空间技术应用股份有限公司等。本文件主要起草人：王光远、张庆君、郭坚、郝刚刚、余快、吴永胜、王栋、葛萌、扈勇强、石栋梁、赫华颖、周会珍等。GB/TXXXXX—XXXX3天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估方法本文件规定了天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估的目的、依据、原则、条件、系统、方法和流程等相关要求。本文件适用于天基光学遥感系统微振动特性及影响的在轨评估，其它类型的遥感系统可以参照使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T14950摄影测量与遥感术语GB/T36297光学遥感载荷性能外场测试评价指标3术语和定义GB/T14950和GB/T14911界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1天基光学遥感space-basedopticalremotesensing以人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天飞行器为平台的光学遥感。3.2像移imagemotion光学系统成像点在探测器平面上与标称位置发生的偏离。3.3视轴lineofsight光线从被观测物反射或透射出来并进入光学系统的路径，即光学系统捕捉光线的方向，简称LOS。3.4视轴偏移LOSdeviation像移映射至物方，表现出的空间相机视场中心与地面标称目标位置发生的偏离。3.5视轴抖动LOSjitter高频的视轴偏移。3.6GB/TXXXXX—XXXX4微振动micro-vibration航天器上各类微振动源引起的一种幅值较低、频带较宽的结构振动。3.7微振动源micro-vibrationsource诱发航天器产生微振动的各种活动部件或事件。例如：动量轮、控制力矩陀螺、制冷机、太阳翼驱动机构、天线驱动机构等。3.8微振动参数micro-vibrationparameter航天器上由各类微振动源引起结构振动响应参数，主要有加速度、力、力矩、角位移等。3.9微振动在轨评估micro-vibrationin-orbitevaluation通过在轨测量手段获取在轨航天器不同位置的微振动参数，分析微振动源在轨扰振特性、航天器结构微振动传递特性、减隔振装置微振动抑制特性等信息，对微振动在轨全链路传递特性进行量化评价，评估微振动对于天基光学遥感载荷图像辐射质量和几何质量的影响，对可能存在的问题提出改进建议和针对性解决措施。4评估目的微振动会导致天基光学遥感相机在轨成像过程中，光学系统的视轴指向发生抖动，从而造成成像质量下降，天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估的主要目的包括：a)获取航天器上微振动源在轨扰振特性；b)获取航天器上关键位置微振动响应特性；c)分析航天器结构在轨微振动传递特性；d)分析航天器微振动抑制措施在轨减隔振性能；e)分析在轨微振动对天基光学遥感载荷图像辐射质量和几何质量的影响；f)为地面进行光学遥感图像的补偿或修正提供数据支撑；g)为后续天基光学遥感系统的微振动抑制设计、仿真与验证提供参考。5评估依据天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估的依据如下：a)航天器飞行程序、飞控程序；b)航天器在轨测试大纲；c)航天器在轨测试细则。GB/TXXXXX—XXXX56评估原则天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估的原则如下：a)通过在轨测试对微振动全链路特性进行综合评估，测试项目应覆盖关键设备的功能和性能；b)微振动在轨测试项目和测试时机应与光学载荷成像测试匹配协同开展，根据光学载荷在轨实际成像效果或者光轴抖动测量结果分析微振动对于光学载荷图像辐射质量和几何质量的影响，评估在轨微振动水平是否满足光学成像指标的需求；c)对于航天器的任何操作，应严格按照规定程序开展，不进行可能影响航天器可靠性和安全性的特殊测试项目，保障航天器在轨飞行任务安全；d)对于具有主/备份的设备或功能，优先进行主份测试；主份测试完成后，在具备条件时再进行备份测试，测试方法可参照主份执行。7评估条件天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估的条件如下：a)航天器在轨运行状态正常；b)具备建立测控链路的能力；c)具备执行地面的上行指令和注入数据的能力；d)具备下行航天器遥测参数的能力；e)具备光学遥感图像下传的能力；f)在轨测试所需文件准备齐套。8评估系统微振动特性及影响在轨评估系统一般由微振动光学探测器、传感器、控制器及其信号传输电缆等组成，如图1所示。图1微振动在轨评估系统组成示意图GB/TXXXXX—XXXX68.1微振动光学探测器要求微振动光学探测器是一种可用于直接获取微振动引起光学载荷内部局部光轴抖动的测量装置，其功能和性能指标应满足下述要求：a)微振动光学探测器满足冲击、振动、加速度等主动段动力学环境使用要求；b)微振动光学探测器满足真空、电磁辐射、高低温等在轨空间环境使用要求；c)微振动光学探测器应具有足够高的帧频及分辨率，具备足够大的成像范围，一般要求微振动光学探测器帧频不低于500Hz,微振动光学探测器像元尺寸不大于成像载荷探测器像元尺寸，微振动像移测量精度优于0.05像元；d)微振动光学探测器应具有足够高的灵敏度和较低的背景噪声，一般要求典型信噪比优于20dB；e)微振动光学探测器应与成像载荷共光路布局；f)微振动光学探测器应具备接收指令、下传图像的功能。8.2传感器要求传感器是感知航天器上微振动扰振信息的测量装置，一般采用微振动加速度传感器、角位移传感器和高精度力传感器等，分别获取被测试位置的线加速度、角位移、力/力矩等物理信息。传感器功能和性能指标应满足下述要求：a)传感器体积小、重量轻、功耗低、抗干扰能力强；b)传感器满足冲击、振动、加速度、随机等主动段动力学环境使用要求；c)传感器满足真空、电磁辐射、高低温等在轨空间环境使用要求；d)传感器量程和工作频率范围应满足在轨测试要求，传感器频率范围一般不低于0.1Hz~1000Hz,微振动加速度传感器的量程一般不低于0.001~0.5g，角位移传感器的量程一般不低于±20。/s，高精度力传感器的量程一般不低于0~4N；e)传感器应具有足够高的灵敏度和较低的背景噪声,微振动加速度传感器的分辨率不低于0.01mg，角位移传感器分辨率不低于0.003″，高精度力传感器的分辨率不低于5mN；f)传感器常值零漂重复性及稳定性、随机漂移等满足在轨测试要求；g)传感器引入的附加质量应不影响在轨采集数据的测试结果；h)传感器应经过二级以上（含二级）计量部门检定合格，提供真空环境不同温度下的灵敏度标定曲线，标定温度范围不低于传感器在轨工作温度范围。8.3传感器布置航天器上用于微振动测试的传感器布置应满足下述要求：a)部署在微振动源安装位置，测试微振动源附近的微振动响应；对于有微振动抑制措施的微振动源，可测试微振动抑制前后的微振动响应变化情况，用于评估微振动抑制措施的减隔振效能；GB/TXXXXX—XXXX7b)部署在结构传递路径上，测试结构传递路径上各环节的微振动响应，用于评估从微振动源到有效载荷全路径的微振动敏感性和传递特性；c)部署在有效载荷敏感位置，测试有效载荷关键位置的微振动响应，用于评估微振动响应对于天基光学遥感有效载荷成像质量的影响。8.4控制器要求控制器是用于各类传感器的信号采集、存储和分析，同时与航天器综合电子分系统进行通讯实现遥控指令和遥测数据的传输，应满足下述功能和性能要求：a)满足冲击、振动、加速度、随机等主动段动力学环境使用要求；b)满足真空、电磁辐射、高低温等在轨空间环境使用要求；c)具备不同类型传感器输出信号适配、放大、滤波、实时采集、存储和分析等功能；d)具备遥控、遥测和数据传输等功能；e)具备较低的背景噪声，与传感器组成系统后，根据传感器的灵敏度标定曲线进行综合校准；f)具备多通道模拟信号的同步高精度实时采集，A/D转换精度不低于12位；g)采样频率不低于测试数据最高关注频率的3~5倍；h)存储空间应满足在轨数据最大储存需求，且具备不低于10%的存储余量；i)可通过遥控指令对传感器的在轨工作状态进行控制；j)可通过遥测参数对传感器的在轨工作状态进行显示。8.5信号传输电缆要求信号传输电缆用于控制器与各类传感器微振动采集信号的传输，应满足下述要求：a)满足真空、电磁辐射、高低温等在轨空间环境使用要求；b)具备良好的屏蔽性能，避免微弱信号在传输过程中受到外界电磁干扰。9评估方法和流程天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估方法和流程如图2所示。GB/TXXXXX—XXXX8图2微振动在轨评估方法和流程9.1预示分析建立天基光学遥感系统一体化仿真模型如下图3所示，应包含扰振源模型、控制系统模型、结构动力学模型、光学灵敏度以及光学评价指标等环节。对在轨微振动响应和光学载荷图像辐射质量和几何质量影响等指标进行预示分析，具体步骤如下：a)仿真建模：根据天基光学遥感系统设计状态和相关参数，建立一体化仿真模型，应包括结构动力学模型、控制系统模型、载荷光机模型、扰振源模型等；1)控制系统模型的输入量为敏感器测得的姿态误差，输出量为控制力矩，采用国际单位制，以txt格式描述状态空间模型中的系数矩阵；2)结构动力学模型的输入量为控制力矩及扰振载荷，输出量为姿态敏感器安装位置及空间相机光学元件位置的动力学响应；3)光学灵敏度将相机光学元件的动力学响应转换为探测器处的像移情况，可以通过近似解析方法求得，也可以通过在光学系统设计软件中依次对每个光学元件及探测器进行微幅平移、转动并计算像移量来获取，参照C.1进行分析处理；4)扰振源模型根据理论分析或实际测试结果，以txt格式给出时域和频域数据；5)光学指标可根据载荷类别采用曝光时间内像移量、调制传递函数（MTF）、干涉曲线与光谱反演等参量进行评价，用于评估分析得到的航天器微振动响应对光学相机图像的影响。GB/TXXXXX—XXXX9图3天基光学遥感系统一体化仿真模型b)模型修正：通过地面测试与微振动试验结果，完成一体化仿真模型修正；c)参数配置：根据预示分析需求设置初始化仿真条件、仿真工况、输入参数等，仿真工况应覆盖在轨测试工况；d)仿真求解：运行仿真模型，得到不同仿真工况下的结果数据；e)结果分析：仿真结果进行分析和处理，应包含微振动加速度、角位移等原始时域数据、时域和频域等分析结果；根据分析结果识别在轨微振动主要传递路径、敏感载荷关键位置微振动响应的特征频率和响应量级，对天基光学遥感系统在轨观测性能指标进行预示，根据载荷类别可采用曝光时间内像移量、调制传递函数（MTF）、干涉曲线与光谱反演等参量进行评价。9.2在轨测试通过在轨测试获取航天器在轨工作状态下的综合结果，在轨测试时机应包括微振动源开机前、微振动源开机后、微振动抑制前、微振动抑制后等关键环节。通过在轨测试获取微振动传递路径上各类传感器的测量数据，以及天基光学遥感载荷的成像数据，择机下传至地面，具体步骤如下：a)发射前，根据天基光学遥感系统任务特点制定在轨测试依据文件，包括在轨飞行程序、飞控程序、在轨测试细则、在轨故障预案等，明确后续在轨测试时机、测试工况、测试要求、测试安全性等相关事项；b)飞控过程中，关注航天器与运载火箭飞行状态，等待星箭分离并建立在轨飞行姿态，具备接收、执行地面发送的上行遥控指令和注入数据的能力，具备下传遥测数据和载荷数据的能力后，根据在轨飞行程序和测试细则开展在轨评估测试；c)正常入轨后、微振动源开机前，微振动在轨评估系统控制器开机工作、传感器每次采集一定数量的背景噪声数据并实时存储，择机下传至地面；d)在满足天基光学遥感系统任务前提下，以最小化原则控制在轨微振动源设备开机，在最低微振动源扰振条件下，传感器每次采集一定数量的扰振数据并实时存储，择机下传至地面；e)之后每新增一种微振动源设备开机，传感器每次采集一定数量的扰振数据并实时存储，择机下传至地面；f)对于具有主动减振功能微振动抑制系统，每新增一种主动控制设备开机，传感器每次采集一定数量的扰振数据并实时存储，择机下传至地面；g)有效载荷具备在轨成像功能后，在微振动主动控制设备开机前和开机后均存储一定数量的成像数据；与此同时，微振动在轨评估系统的传感器也应同步采集一定数量的扰振数据并实时存储，GB/TXXXXX—XXXX择机下传至地面；对于具有微振动光学探测器的微振动测试系统，微振动光学探测器应同步成像，并将高帧频图像及光轴抖动测量数据下传至地面；h)所有测试工况完成后，将微振动在轨评估系统在轨状态设置为在轨长期工作模式，微振动在轨测试任务结束；航天器按照飞行程序开展后续相关工作。9.3微振动测量数据处理分析9.3.1遥测数据解析将在轨各测试工况下各类型传感器采集的微振动遥测数据从遥测帧解析为工程值数据，解析后的工程值数据应与测试工况定义的采集通道、采集时间一一对应，单位制与所表征的物理量一一对应。9.3.2原始数据检查对解析后的原始数据根据时间历程进行如下遍历检查：a)信号削波；b)频率干扰；c)异常毛刺；d)虚假趋势；e)间歇噪声；f)信号丢失等。9.3.3原始数据预处理为控制分析频带、减小数据处理误差和提高分析结果的精度，结合航天器在轨工作状态和具体测试工况，进行如下预处理：a)野值剔除；b)信号滤波；c)零均值化；d)趋势项去除；e)周期分量辨识等。f)微振动光学测量数据解码等。9.3.4时域处理分析针对不同测试工况，对预处理后的时间历程数据进行统计处理，根据需求分别开展瞬时值、峰值、平均值、有效值和标准差等分析，参照A.1~A.3进行数据处理。9.3.5频域处理分析针对不同测试工况，对预处理后的时间历程数据，根据需求进行如下频域处理分析：GB/TXXXXX—XXXXa)进行傅立叶变换，根据需求选取合适的数据长度进行分析、保证频率分辨率不低于目标值；为减少频谱泄露，根据信号频谱特性采用合适的窗函数进行计算，然后对谱分量值再乘以修正系数，保证频率辨识精度和幅值辨识精度；参照A.4进行数据处理；b)进行功率谱分析，根据需求计算自功率谱密度或互功率谱密度，对微振动在轨全链路传递函数进行处理分析；参照A.5~A.7进行数据处理。9.4光学载荷观测性能影响分析微振动对天基光学载荷观测性能的影响主要包括4个方面：a)相机整体晃动造成视轴指向发生抖动，在焦平面形成象移；b)相机内部各光学元件相对运动造成光路变化，在焦平面形成象移；c)不同视场视轴指向抖动不一致，导致图像畸变；d)相机光学元件发生微变形，造成波相差变化。首先需要根据光学载荷的设计方案和成像方式，对成像质量受扰的主要模式进行辨别。对于大型天基光学遥感相机，微振动对天基光学载荷观测性能的影响分析主要集中在微振动造成光学相机内部光学器件相对运动和绝对运动造成的视轴指向晃动分析。天基光学载荷视线的低频晃动会造成图像扭曲，而高频抖动则会造成图像模糊，这两种形式的图像质量下降同时存在，它们会降低天基遥感系统的定位精度与分辨能力，使其无法发挥应有的效能。a)视线低频晃动引起的图像扭曲程度采用特定时间段内像移量的峰峰值来评价；b)视线高频抖动导致的图像模糊用调制传递函数（MTF）评价，参照C.2进行数据计算处理；在轨飞行期间采用对地面铺设分辨率靶标或采用具有特征几何形状的目标图像数据产品，经过对图像分析处理，得出遥感系统的动态MTF曲线，将光学系统、探测器、动态像移等各环节引起的像质变化考虑在内，反映天基光学遥感系统对目标景物成像过程中时对不同空间频率对象对比度的保持能力。9.5综合性能评估根据微振动传感器采集数据、微振动光学探测器数据和有效载荷成像数据的分析处理结果，综合评估微振动源在轨扰振特性、航天器结构微振动传递特性、关键位置微振动响应特性，以及在轨微振动对于天基光学遥感载荷观测性能的影响，评估方法如下：a)根据部署在微振动源安装位置的传感器采集数据处理结果，分析微振动源附近的微振动响应情况，评估扰振源在轨工作状态、以及时域和频域的微振动指标是否满足预期要求；b)根据部署在被动隔振装置前后位置的传感器采集数据，参照B.1~B.2进行被动隔振装置的插入损失计算，评估微振动抑制效率是否满足预期要求；c)根据主动减振装置开启前后同一传感器先后两次的采集数据，参照B.3进行主动减振装置减振效率计算，评估微振动抑制效率是否满足预期要求；d)根据部署在结构传递路径上的传感器采集数据处理结果，参照A.7分析从微振动源到有效载荷全路径的频响传递函数，评估结构微振动传递特性是否满足预期要求；e)针对同一测试工况，根据部署在有效载荷关键位置的传感器采集数据处理结果，以及天基光学遥感系统有效载荷在轨观测性能测试数据、微振动光学测量数据，分析在轨微振动响应和有效载荷在轨观测性能之间的相关性，评估残余微振动响应是否满足预期要求；f)针对不同测试工况，分析传感器采集数据处理结果的变化趋势与有效载荷成像数据处理结果的变化趋势，评估在轨微振动的变化情况对有效载荷在轨观测性能的影响；g)若在轨微振动对光学载荷的在轨辐射质量和几何质量有明显影响，应将微振动测试数据用于地面进行图像补偿或修正，进一步提升天基光学遥感系统的成像效果。9.6评估总结微振动在轨评估工作结束后，应编制在轨评估总结报告，包括以下内容：a)概述；b)引用与参考文件；c)微振动评估系统在轨工作状态；d)微振动评估系统在轨测试流程、测试项目、测试步骤、测试结果等；e)以图表等形式给出在轨测试数据时域分析、频域分析等结果，对测试数据有效性进行评价；f)对微振动源在轨扰振特性、关键位置微振动响应特性、航天器结构在轨微振动传递特性、微振动抑制措施减隔振性能等指标进行评价；g)对在轨微振动对天基光学遥感载荷观测性能的影响进行评价；h)对评估过程中存在的问题和不足之处进行分析，提出改进建议和针对性措施；i)明确微振动在轨评估系统后续在轨工作状态，确保常态化在轨稳定运行；j)给出天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估结论。GB/TXXXXX—XXXX（资料性）时间历程数据的时域和频域处理分析方法A.1平均值在轨微振动测量时间历程数据的平均值,符号为μ,由式(A.1)表示：………………（A.1）式中：n——样本总数；x(iΔt)——在轨微振动测量时域数据第i个样本；Δt——在轨微振动测量时域数据采样时间间隔，单位为秒（s）。A.2标准差在轨微振动测量时间历程数据的标准差,符号为σ,由式(A.2)表示：………………（A.2）式中：n——样本总数；x(iΔt)——在轨微振动测量时域数据第i个样本；Δt——在轨微振动测量时域数据采样时间间隔，单位为秒（s）；μ——在轨微振动测量时间历程数据的平均值。A.3有效值在轨微振动测量时间历程数据的有效值,符号为φ,由式(A.3)表示：………………（A.3）式中：n——样本总数；x(iΔt)——在轨微振动测量时域数据第i个样本；Δt——在轨微振动测量时域数据采样时间间隔，单位为秒（s）。A.4傅立叶变换幅值谱在轨微振动测量时间历程数据的傅立叶变换幅值谱,符号为XkΔf,由式(A.4)表示：XXkr+jXki………………（A.4）式中：n——样本总数；x(iΔt)——在轨微振动测量时域数据第i个样本；Δt——在轨微振动测量时域数据采样时间间隔，单位为秒（s）;X(kΔf)——在轨微振动测量时域数据x(iΔt)的傅立叶变换系数，其中k=0，1，2，……,n/2-1；j——虚数单位，jXkr——XkΔf的实部；Xki——XkΔf的虚部。A.5自功率谱密度在轨微振动测量时间历程数据的功率谱密度,符号为GxxkΔf,由式(A.5)表示：Gxx………………（A.5）式中：n——样本总数；Nd——平均帧数；Δt——在轨微振动测量时域数据采样时间间隔，单位为秒（s）;Xkr——XkΔf的实部；Xki——XkΔf的虚部。A.6互功率谱密度在轨微振动测量Y通道相对于X通道的互功率谱密度,符号为GyxkΔf,由式(A.6)表示：Gyx………………（A.6）式中：n——样本总数；Nd——平均帧数；Δt——在轨微振动测量时域数据采样时间间隔，单位为秒（s）;yi(kΔf)——Y通道傅立叶变换系数；X(kΔf)——X通道傅立叶变换函数的共轭。A.7频响传递函数在轨微振动测量Y通道相对于X通道的频响传递函数,符号为HyxkΔf,由式(A.7)表示：Hyx………………（A.7）式中：Gyx(kΔf)——在轨微振动测量Y通道相对于X通道的互功率谱密度；Gxx(kΔf)——在轨微振动测量X通道的自功率谱密度。GB/TXXXXX—XXXX（资料性）减隔振装置抑制效率常用评价方法B.1单频点插入损失被动隔振装置针对特定频率f的插入损失,符号为yf,由式(B.1)表示：yf………………（B.1）式中：G1f——被动隔振装置抑制后微振动测量数据自功率谱密度在特定频率f处对应的峰值；G2f——被动隔振装置抑制前微振动测量数据自功率谱密度在特定频率f处对应的峰值。B.2频带插入损失被动隔振装置针对特定频带f1f2的插入损失,符号为yf12,由式(B.1)表示：yf………………（B.2）式中：φ1f12——被动隔振装置抑制后微振动测量数据自功率谱密度在特定频带f1f2范围内总均方根；φ2f12——被动隔振装置抑制前微振动测量数据自功率谱密度在特定频带f1f2范围内总均方根。B.3单频点减振效率主动减振装置针对特定频率f的减振效率,符号为βf,由式(B.3)表示：………………（B.3）式中：X2f——主动减振后微振动测量数据傅立叶变换幅值谱在特定频率f处对应的峰值；X1f——主动减振前微振动测量数据傅立叶变换幅值谱在特定频率f处对应的峰值。GB/TXXXXX—XXXX（资料性）天基光学遥感成像质量分析与评价方法C.1光学灵敏度定义像移向量δXimage及光学元件、探测器运动向量δXoptics，由式(C.1)表示：δXimageXopticsXi………………（C.1）式中：i——构成光学系统的光学元件编号。像移向量δXimage与光学元件的位移向量δXoptics之间存在非线性的函数关系，如式(c.2)所示：δXimage=f(δXoptics)………………（C.2）在相机结构小变形条件下，可以通过多元函数泰勒展开并保留一阶导数项对式(c.2)进行线性化，即得到式(c.3)：δXimage=So.δXoptics………………（C.3）），光学灵敏度矩阵可以通过近似解析方法求得，也可以通过在光学系统设计软件中依次对每个光学元件及探测器进行微幅平移、转动并计算像移量来获取。C.2调制传递函数（MTF）成像系统在各个空间频率处，像方调制度除以物方调制度所得的函数,符号为MTF(v),常用Nyquist特征频率处的值来表征，由式(C.5)表示：MTF………………（C.5）式中：Kimage(v)——像方调制度；Kobject(v)——物方调制度；v——空间频率。在轨微振动对于MTF的影响，根据振动频率可分为低频振动影响和高频振动影响。低频振动引起的线性像移的MTF计算公式如下：GB/TXXXXX—XXXXMTF=sincsinc………………（C.6）式中：Δd——光轴抖动像移量；d——像元尺寸；高频振动引起的MTF计算公式采用零阶贝塞尔函数法：N.Δd)=J0(式中：Δd——光轴抖动像移量；d——像元尺寸。参考文献[1]GB/T14911-2008测绘基本术语[2]GB/T14950-2009摄影测量与遥感术语《天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估方法》征求意见稿全国宇航标委会2026年1月1国家标准编制说明本标准是国标委下达的国家标准计划项目之一，由全国术委员会（SAC/TC425）提出并归口，中国空间技术研究随着我国航天技术的发展，天基光学遥感作为一项重要的信息获取来源，为我国有然而，在轨运行期间，航天器上活动部件工作、外部环境干扰等引起的微振动环境会直接导致光学遥感图像质量降低，甚至成为制约天基光学遥感高精度观测任务成败的关键因素。因此，针对天基光学遥感系统，需要对微振动进行测量和扰振特性分析，评估其对有效载荷的成像影响，指导设计针对性的微振动抑制措针对天基光学遥感系统在轨成像性能受制于微振动的问题，国内外已经开展了广泛研究并进行了在轨应用。国外的哈勃太空望远镜、地球静止环境业务卫星、詹姆斯-韦伯太空望远镜等在研制过程中投入了大量资源开展微振动预示分析、地面试验、在轨测试和载荷性能评估等工作，避免在轨微振动对载荷观测性能产生影响。我国在微振动抑制领域先后攻克了多层级减隔振、微振动地面试验、在轨微振动监测与图像质量复原等核心技术，研制了系列化主被动减隔振产品，成功应用于高分十一系列、高分十三系列、高分十四系列、高分多模、北京三号、遥感四十一等高精度光学遥感卫星，保障了高分专项任务的顺利实施。与此同时，国内外也曾发生多起微振动影响天基光学遥感成像质量的案例。如哈勃太空望远镜发射入轨后不久，就发现太阳翼热致振动导致其有效载荷无法正常工作；在任务后期又发现近红外相机和多目标光谱仪制冷机的微振动成为影响成像质量的主要振源。我国中巴资源卫星在研制过程中发现红外扫描仪的扫摆机构导致可见光相机图像抖动幅度约为几十个像元，某光学遥感卫星制冷机微振动导致相机可见光成像最大像移量达1个像元、成像质量模糊不清。基于近年来国内外高精度天基光学遥感航天器的实践经验，微振动抑制系统方案可根据指向稳2第一级（>100″）：一般不需要采取特殊措施即可实现，微振动抑制指标有较大裕度，不需要开展系统级试验验证。姿态控制系统需考虑柔性附件的影响，选取适当的控展仿真分析，并通过部件级试验对模型进行修正，以确认系统组件级试验对分析模型进行修正与确认，若有条件还应当开展系过程中应引入不确定度系数以保证系统指标有适当的裕度。动量轮/统设计与状态控制。除第三级各项措施外，必须开正与确认。有必要时，可考虑采用隔振装置对动段，均需开展仿真分析确认系统指标的满足度。必须开展系统测量系统对光路的宽频抖动进行测量，直接建立机械振动与光配置振源与有效载荷两级隔振装置、有效载荷主动补偿装置等动部件，如采用冷气微推进作为姿控执行部件，以需要指出的是，随着未来天基光学遥感系统的性能提升，对微振动抑制能力的要求越来越高，对微振动在轨评估的需求越来越迫切。微振动抑制指标每提高一个量级，都会带来建模仿真、高精度测量、减振装置设计等多方面的技术挑战，需要付出巨大的工程代价。因此，微振动是直接影响天基光学遥感系统任务成败的要素之一，与系统方案强耦合，对天基光学遥感系统开展微振动在《天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨的视角对微振动的核心问题进行分析，基于在轨测量和光学载荷遥感系统在轨运行期间的微振动评估提供科学、规范的方法和技估要求，形成统一的标准流程和评估方法，确保遥感数据的准确3动抑制专业理论研究和专项技术开发，提升天基光学经查阅，国军标《航天器在轨微振动测量方法》面向一般航天器的在轨微振动测量方法，主要聚焦于加速度和角位移测量，缺少与光学遥感系统载荷性能的关联性，没有考虑载荷系统指标评估，对光学遥感卫星的针对性不强；国军标《航天器整星微振动试验方法》与航天行业标准《航天器微振动试验方法》偏重地面微振动试验方法，内容较为局限、不适用于在轨情形。航空领域由于其应用场景与航天不同，微振动对于航空遥感的影响并不凸显，暂无公开标准资料对航空领域微振动进行相关规范和论述。国外相天基光学遥感系统是高集成度、高耦合度的复高，微振动源广泛分布于卫星平台和载荷内部，单纯依靠平台成度、高品质的微振动抑制匹配性方案设计和综合评估。天基是系统级问题，需要从总体层面以型号需求为导向进行综合考像性能指标最优为目标，从微振动源头到全链路结构传递特性像效果进行全链路综合量化评价。上述已有标准均不能满标准计划下达后，全国宇航标委会成立标准起草组，由星总体部牵头负责，标准编写过程中按需补充有关单位起草单位主要包括：中国空间技术研究院遥感卫星总体司、北京空间机电研究所、中国资源卫星应用任务分工为：前三名起草单位的相关人员负责标准内容大纲制定、资料收集分析、标准化格式、国内外相关技术与标准资料翻译研究2026年1月，起草组在充分调研国内外技术和标准现4本标准按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定编写，既立足于当前天基光学遥感系统的工程实践，又面向未来高精度遥感系统在轨微振动抑制与评估的发展需求，为天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估提供了科学、规范、实用的技术指导，注重标准的科学性、先进性、适用性和可1）科学性：本标准技术内容是经过卫星总体研制单位、光学载荷研制单位、卫星管理和运营单位、遥感数据应用开发和服务提供单位等反复分析、综合论证得来。首先，控制系统模型、结构动力学模型、光学灵敏度以及光学评价指标"的一体化仿真与评估框架体系，理论基础扎实；其次，该标准详细规定了微振动测量数据的时域和频域处理分析方法（附录A）、减隔振装置抑制效率常用评价方法（附录B）、天基光学遥感成像质量分析与评价方法（附录C）等科学分析手段，评估方法严谨、全面；此外，该标准科学界定了微振动对天基光学载荷观测性能的影响机制，指出微振动对天基光学载荷观测性能的影响主要包括4个方面，并针对低频晃动、高频抖动等不同影响形式采用像移量、MTF等指标进行评价，影响机制明确、评估指标量化，确保评估结果的客观性和科2）先进性：本标准基于我国高分专项的工程实践，融合了"高分十一系列、高分十三系列、高分十四系列、高分多模、北京三号、遥感四十一"等国内高精度光学遥感卫星与此同时，该标准引入微振动光学探测器、光学载荷成像等评估手段，实现微振动对光学载荷成像质量影响的直接评价，突破了传统加速度和角位移等在轨测量与间接评估的局限性，代表了微振动评估技术的最新发展方向，体现了对高精度光学遥感系统微振动其它类型的遥感系统可以参照使用，在军用、民用等遥感领域具有普适性和通用性，覆盖范围明确；本标准提出的评估系统包含微振动光学探测器、传感器、控制器、信号传输电缆等部分，具有良好的系统兼容性，可适用于不同类型天基光学遥感系统，评估系统兼容性强；此外，本标准的方法提出基于几十个型号任务的在轨经验积累，经过工程54）可操作性：首先，本标准详细规定了评估系统组成及各部分技术要求，包括微振动光学探测器要求、传感器要求、传感器布置、控制器要求、信号传输电缆要求等，为系统构建提供明确指导，系统构成清晰；此外，本标准提供了完整的评估方法和流程，包括预示分析、在轨测试、微振动测量数据处理分析、光学载荷观测性能影响分析、综合性能评估、评估总结等六个关键步骤，评估流程规范、可操作性强；与此同时，本标准对传感器布置要求、遥测数据解析、原始数据检查与预处理、时域和频域处理分析等流程提供了具体的操作指南和方法，测试要求具体、数据处理规范；最后，本标准明确规定了评估总结的10项内容，包括概述、引用与参考文件、微振动评估系统在轨工作状态、微振动评估系统在轨测试流程、测试项目、测试步骤、测试结果等，确保评估工作本标准规定了天基光学遥感系统微振动特性及影响在轨评估的目的、依据、原则、条件、系统、方法和流程等相关要求，旨在为天基光学遥感系统在轨运行期间的微振动评估提供科学、规范的方法和技术指导，以确保遥感数本标准适用于天基光学遥感系统微振动特性及影响的在轨评估，其它类型的遥感系6本标准基于高分十一系列、高分十三系列、高分十四系列、高分多模、北京三号感四十一等高精度光学遥感卫星的工程实践，识别出微振动对成像质量的影响是制约高精度观测任务的关键因素，结合国内外典型案例证明了在轨微振动评估的必要性。结合天基光学遥感系统性能指标的提升，对微振动抑制能力的要求越来越高需求，微振动抑制技术从地面试验向在轨评估的转变，是技术发展的必然趋势，标准的评估目的体现了这一技术发展规律：获取航天器上微振动源在轨扰振特性、航天器上关键位置微振动响应特性、航天器结构在轨微振动传递特性、航天器微振动抑制措施在轨减隔振性能、在轨微振动对天基光学遥感载荷图像辐射质量和几何质量的影响、地面进行光学遥感图像的补偿或修正提供数据支撑、后续天基光学遥感系统的微振动抑制设计、仿真与验证提微振动特性及影响的在轨评估与天基光学遥感任务紧密相关，根据系统工程思维，将微振动评估纳入航天器整体在轨测试体系中而非孤立的测试项目，确保在轨评估工作与航天器任务目标一致、避免评估工作与任务目标脱节。航天器在轨测试需要遵循严格的工程管理规范，包括飞行程序、飞控程序、测试大纲和细则，这些是航天器在轨测试的7从工程安全原则考虑，航天器在轨运行安全是首要因素，评估原则强调不进响航天器可靠性和安全性的特殊测试项目；从系统集成原则考虑，微振动评估不是孤立的，需要与光学载荷成像测试协同开展，体现系统集成思维，确保微振动评估与光学载荷性能评估相互支持、相互验证；从资源优化原则考虑，对于主/备份设备，优先主份测试，体现了资源优化配置；从全链路评估原则考虑，强调对微振动全链路特性进行综合评估，避免局部评估导致的系统性风险，确保评估结航天器在轨运行状态正常是进行任何在轨测试的前提条件，测控系统的测控链路、上行指令、遥测数据下传等是航天器在轨测试的基础保障，光学遥感图像下传能力是评估微振动对成像质量影响的必要条件与根本依据，在轨测试所需文件准备齐套是航天工程基于几十个型号任务的在轨经验积累和工程实践，提出了评估系统的的设计原则，基于微振动光学探测器直接获取微振动引起光学载荷内部局部光轴抖动，解决了传统