针对当前遥感卫星电荷耦合器件(CCD)相机幅宽越来越大, 速率越来越高, 现有相机模拟源设备数据输出带宽不足的问题, 提出并实现了一种基于非易失性存储器 Express(NVMe)的超高速多通道遥感相机模拟源设备。该设备利用现场可编程逻辑门阵列 (FPGA)实现 4组 NVMe SSD主机控制器, 完成对固态硬盘 (SSD)的读写操作; 同时利用 DMA控制器读取 DDR4中缓存数据, 数据经封装处理后通过光纤接口输出。实验结果表明: NVMe主机控制器的写平均速率可以达到 1.7 GBps, 读平均速率达到 3.2 GBps。模拟源系统整体存储容量 8 TB, 对外输出带宽高达 80 Gbps, 支持 8路光纤接口输出。该模拟源具有较强的稳定性及良好的可扩展性, 已成功应用在某遥感卫星 CCD相机模拟源系统中, 为数传等设备的测试以及调试提供了充分保障。

为了掌握微通道板探测器的X射线脉冲信号观测能力, 利用X射线脉冲星地面实验装置, 开展了长时间的不同流强和不同背景噪声强度下的微通道板探测器脉冲信号探测实验, 并建立了一套X射线探测器脉冲观测能力评估方法, 推导出基于光子计时模式下X射线探测器的脉冲信号信噪比、脉冲轮廓相似度、脉冲到达时间精度和最小可探测功率的关系表达式.实验中, 利用面积20 cm2的微通道板探测器开展了8组10 000 s的实验, 采集到有效观测数据, 然后搜索最佳脉冲周期, 重构观测脉冲轮廓, 估计脉冲轮廓特征参数.实验表明, 微通道板探测器具备良好的X射线脉冲信号观测与恢复能力, 在较弱脉冲信号强度(光子流量密度为0.05 ph/cm2/s)和较强背景噪声(背景噪声强度是脉冲信号的16倍)下获取观测脉冲轮廓的信噪比、相似度、脉冲到达时间观测精度分别为35.73、88.38%、51.53 μs和64.89、89.72%、29.24 μs, 验证了微通道板探测器具备一定的暗弱X射线脉冲星观测能力, 且微通道板探测器的脉冲探测能力随着脉冲信号强度增加、背景噪声强度减弱、累积观测时间增加而提升.

为了便于空间激光通信中捕获、跟踪性能的测试, 提出了一种卫星振动模拟源系统设计方案。该系统主要由上位机借助LabVIEW软件解析标准振动功率谱密度函数, 将模拟出的平台振动信号传给以STM32F4为核心的控制系统, 驱动振镜进行俯仰、方位摆动。借助欧空局设计的SILEX平台模型, 推导验证了本方案的可行性, 并搭建实验现场, 通过探测器对光斑脱靶量进行了实时监测, 分析了脱靶量功率谱, 同时对在实际应用中产生的伪随机序列进行了优化与处理。实验结果表明, 设计的振动源幅值精度优于2 μrad, 模拟结果真实有效。另外由于其频率可调节, 模拟系统幅度可达±10 mrad, 故易于模拟不同的标准模型, 为复合轴捕获、跟踪和瞄准(APT)的实验室验证提供了条件。

针对卫星数传分系统基带数据模拟源的要求，提出了基于FPGA控制的NAND FLASH解决方案，阐述了该方案的硬件和软件的设计与实现，对NAND FLASH的读、写、擦除的操作时序进行了研究。单片FLASH最高读取速率可达250 Mbps，可通过多片FLASH芯片并行读取达到更高的读取速率。试验表明，该方案实现的卫星数传分系统基带数据模拟源可以有效模拟卫星数传分系统所需的数据模拟源，满足卫星数传分系统测试的需求。

采用电子光学软件设计模拟了一种长焦距多聚焦级的电子枪结构.利用电子透镜原理分析多聚焦极电子枪的电子束斑产生，依据不同栅控电压，分析零场模式、拒斥场模式和肖特基场模式3种阴极电子发射方式下电子聚焦情况.模拟结果表明：拒斥场模式和肖特基场模式对电子束流密度分别有减弱和增强的作用；当聚焦极电压比U1∶U2∶U3∶U4∶U5=5∶8∶15∶70∶100时，能量为30 keV的电子束焦斑最小，在10 m处焦斑大小为160 mm.

空间相机地面检测系统在投入使用之前, 必须进行严格的自检功能测试。为了解决测试时与庞大的CCD相机系统对接造成的时间和物力资源浪费问题, 本文结合TDICCD空间相机工作原理, 设计了一种空间相机图像模拟源系统。本系统通过USB总线进行图像数据的下传, 然后经SRAM缓存, 并以流水线作业方式下载到FLASH中实现8通道图像数据的固存。并且可实现对相机行频大小、图像大小进行调整的功能, 进而模拟不同型号空间相机。实验结果表明, 该图像模拟源USB接口的下载速度可达到40 MB/s, 空间相机地面检测系统显示的图像与上位机发送的图像一致, 无数据丢失和误码的情况。该相机图像模拟源设计灵活, 性能稳定可靠, 适用范围广。

针对遥感卫星上存在多种CCD相机组合，相机模拟源在地面电测系统及星上遥测数据链存在3种不同模拟任务的需求，利用大规模可编程器件、高速阵列存取技术、锁相环(PLL)频率调整技术和软硬件可编程图像处理技术，研制了一种适用于不同CCD相机模拟任务的模拟源系统。该系统支持多台设备级联，单台设备能够模拟输出4通道的并行16 bit LVDS信号、4路串行LVDS信号和4路串行NECL信号，其单通道并行LVDS数据像素频率为0.3~200 MHz，以0.1 MHz步进可调，且单次循环输出容量最大可达8 TB。通过简单配置，可产生符合CCSDS协议的遥感相机回放数据，并可对实时输出信号的行频和数据时钟相位进行调整。本系统已成功运用于多个型号空间相机的研制测试中，提高了空间相机的研制效率和设备利用率，改善了研制遥感卫星及CCD相机系统的测试验证手段。

为了解决在CCD与地面实时压缩系统对接时造成的时间和物力的浪费，提高地面实时压缩系统测试效率，文章设计了一种图像压缩模拟源系统，可以模拟CCD相机输出，来代替CCD相机与地面实时压缩系统进行对接。该系统采用FPGA 实现模拟源的时序与逻辑控制, 利用内部逻辑生成自校图像，或通过USB2.0总线接口与PC机进行数据通信，将模拟源图像通过缓存SDRAM下载到FLASH中。采用同步串行LVDS接口,高速Gbps接口和Camera Link接口，实现数据与压缩存储单元的高速传输。实验表明，该图像压缩模拟源从USB接口下载速度达40 Mbyte/s，在与以上3种接口传输数据时，无误码和数据丢失，该系统稳定可靠。