航天發(fā)射場光學(xué)設(shè)備主機(jī)核心能力的正向體系設(shè)計(jì)研究

任臻臻，王 強(qiáng)，吳高楊，王 康，張 瀚

(西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，四川 西昌 615000)

0 引言

當(dāng)前航天測控以信息為主導(dǎo)，各種測控設(shè)備以信息為紐帶，形成一個(gè)互聯(lián)互通的有機(jī)整體，航天測控體現(xiàn)的是測控設(shè)備整體效能發(fā)揮。針對這個(gè)特點(diǎn)，測控設(shè)備建設(shè)論證應(yīng)采用體系化論證方法，既要重視設(shè)備體系構(gòu)成中各子系統(tǒng)的性能指標(biāo)，更要注重它們之間的交互以及由此產(chǎn)生的整體效應(yīng)，體現(xiàn)出整體效能最優(yōu)發(fā)揮。這就需要基于航天發(fā)射場設(shè)備體系構(gòu)成現(xiàn)狀，建立一個(gè)“體系環(huán)境”，把某臺設(shè)備的建設(shè)論證置于“體系環(huán)境”中進(jìn)行基于需求牽引、技術(shù)推動的正向論證[1]。

國外已建立了基于體系需求、體系設(shè)計(jì)、體系集成、體系管理、體系優(yōu)化、體系評估和體系演化的建設(shè)論證的系統(tǒng)理論與框架，研究形成了一整套實(shí)用化的設(shè)備論證工程體系，美國已形成了設(shè)備論證完整的系統(tǒng)工程方法及參考模型庫[2]。國內(nèi)設(shè)備建設(shè)論證已開始重視基于需求牽引、遵循現(xiàn)代系統(tǒng)工程思想、構(gòu)建模型體系設(shè)計(jì)方法，以設(shè)備體系構(gòu)成的局部協(xié)調(diào)優(yōu)化、整體效能最優(yōu)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行大系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，不斷迭代優(yōu)化，從而促進(jìn)設(shè)備體系設(shè)計(jì)的科學(xué)化、規(guī)范化[3]。

目前，航天發(fā)射場測控設(shè)備體系，經(jīng)過數(shù)十年的建設(shè)發(fā)展和迭代完善，形成了包括光學(xué)、雷達(dá)、遙測、遙控、統(tǒng)一測控、中心機(jī)與指顯在內(nèi)的較為成熟完備的設(shè)備體系構(gòu)成。因而，對于設(shè)備更新?lián)Q代的建設(shè)論證往往采用的是逆向工程模式，即根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)指標(biāo)開展需求論證。該模式在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)具備其成熟繼承性和傳統(tǒng)適用性[4-5]。但是，隨著設(shè)備建設(shè)體系化論證需求愈發(fā)迫切，以及測控新技術(shù)、新體制的發(fā)展應(yīng)用，必將深入推動標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、自動化、復(fù)合型設(shè)備的發(fā)展，未來航天發(fā)射場測控設(shè)備必將迎來革新的體系構(gòu)成，傳統(tǒng)的逆向論證已不再適用，不能滿足未來測控設(shè)備體系發(fā)展的應(yīng)用需求。

因此，為適應(yīng)新形勢下設(shè)備發(fā)展需求，航天發(fā)射場測控設(shè)備建設(shè)論證需采用基于需求牽引、技術(shù)推動的正向工程論證模式[6-8]。以航天發(fā)射場某型光學(xué)設(shè)備更新?lián)Q代的建設(shè)論證為例，光學(xué)設(shè)備建設(shè)論證參數(shù)包括主機(jī)核心能力設(shè)計(jì)、跟蹤機(jī)架結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)和電子學(xué)總體設(shè)計(jì)，跟蹤機(jī)架結(jié)構(gòu)和電子學(xué)設(shè)計(jì)的變化差別很小，因此本文中對光學(xué)設(shè)備建設(shè)論證主要指主機(jī)核心能力的體系設(shè)計(jì)。研究形成了一套完整的光學(xué)設(shè)備主機(jī)核心能力的正向體系設(shè)計(jì)具體流程及方法，即建立了光學(xué)設(shè)備正向體系設(shè)計(jì)模型，為航天測控設(shè)備的正向體系化設(shè)計(jì)提供了參照示范。

1 正向體系設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法

圖1為測控設(shè)備逆向、正向建設(shè)論證流程示意圖。測控設(shè)備逆向建設(shè)論證是按照建設(shè)需求、總體要求、經(jīng)費(fèi)指標(biāo)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行工程論證，正向建設(shè)論證是按照建設(shè)需求、總體要求、體系定位、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、經(jīng)費(fèi)預(yù)算的流程進(jìn)行工程論證，正向論證的關(guān)鍵在于體系定位分析。

圖1 測控設(shè)備逆向、正向建設(shè)論證流程示意圖

逆向建設(shè)論證通常是根據(jù)經(jīng)費(fèi)指標(biāo)將單臺設(shè)備功能做到最全、性能做到最好，但往往忽略了多設(shè)備體系聯(lián)合工作的最大效能發(fā)揮，從而造成航天發(fā)射場設(shè)備體系存在冗余設(shè)計(jì)不合理、效能發(fā)揮不完盡等情況。而正向建設(shè)論證從需求到經(jīng)費(fèi)，基于多設(shè)備體系聯(lián)合工作最大效能發(fā)揮的體系職能定位，此正向體系建設(shè)的科學(xué)方法滿足總體要求、兼顧長遠(yuǎn)，將設(shè)備做到體系效能最好、經(jīng)費(fèi)最實(shí)。

2 光學(xué)設(shè)備正向體系設(shè)計(jì)模型

基于正向建設(shè)論證的總體流程，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行具體的分解論證，以航天發(fā)射場某型光學(xué)設(shè)備更新?lián)Q代的建設(shè)論證為工程實(shí)例，形成總體要求、體系定位、主機(jī)核心能力設(shè)計(jì)的具體論證分析的思路方法，即建立了光學(xué)設(shè)備主機(jī)核心能力的正向體系設(shè)計(jì)模型，具體如下。

2.1 總體要求

基于總體任務(wù)要求和新技術(shù)發(fā)展，該型光學(xué)設(shè)備總體功能要求有：具備可見光、長波紅外、中波紅外三種成像手段，可實(shí)時(shí)輸出相應(yīng)實(shí)況圖像以及融合處理后的視頻圖像；具備獲取火箭起飛至一二級分離段的高清實(shí)況圖像記錄能力；采用一體化單車載機(jī)動工作模式，具備高機(jī)動快速部署能力；具備高質(zhì)量成像和智能穩(wěn)定跟蹤能力，自動化、信息化程度高等。

2.2 體系定位

2.2.1 重點(diǎn)弧段分析

設(shè)備重點(diǎn)弧段分析旨在分析測量弧段內(nèi)，多設(shè)備協(xié)同工作情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)突出局部協(xié)調(diào)優(yōu)化的職能定位。弧段的分析即對目標(biāo)(火箭箭體)成像最佳效果的弧段進(jìn)行分析。為便于計(jì)算，我們將火箭近似為柱狀物體。

目標(biāo)成像占視場比例10%～80%，觀測效果最佳。通過光學(xué)成像分系統(tǒng)(可見光、長波紅外、中波紅外)焦距、探測器靶面尺寸可確定各分系統(tǒng)最大和最小視場角，通過視場角、火箭與設(shè)備的徑向距離以及火箭姿態(tài)角，即可得到火箭在成像視場中的所占比例[9]。

(1)

式中，P為目標(biāo)所占視場比例，L為火箭的長度，D為火箭的直徑，β為火箭軸線與觀測方向的夾角，N為火箭成像在探測器所占像元數(shù)，a為探測器靶面的單個(gè)像元尺寸，f為光學(xué)成像分系統(tǒng)焦距，R為火箭與設(shè)備的徑向距離。

1)可見光需要接力的重點(diǎn)弧段分析。

該型光學(xué)設(shè)備處于首區(qū)和航區(qū)光學(xué)設(shè)備之間，通過計(jì)算得出，目標(biāo)在首區(qū)、航區(qū)光學(xué)設(shè)備可見光最大、最小視場中所占比例隨時(shí)間變化關(guān)系如圖2所示。

圖2 目標(biāo)在首區(qū)、航區(qū)光學(xué)設(shè)備可見光最大、最小視場中所占比例曲線圖

根據(jù)最大至最小視場的包絡(luò)范圍，從圖中可以看出：0～30 s，火箭約占首區(qū)設(shè)備可見光視場的10%～40%，成像尺寸穩(wěn)定合適；0～170 s，火箭約占航區(qū)設(shè)備可見光視場的10%～50%，成像尺寸穩(wěn)定合適，考慮到航區(qū)設(shè)備有初始跟蹤遮擋，設(shè)備40 s后才能穩(wěn)定獲取光學(xué)圖像。

考慮到弧段接力需要一定的冗余，該型光學(xué)設(shè)備可見光需要接力的重點(diǎn)弧段在20～60 s弧段，需著重保證該弧段目標(biāo)成像比例合適，能夠獲取高質(zhì)量可見光實(shí)況圖像。

2)紅外需要接力的重點(diǎn)弧段分析。

首區(qū)光學(xué)設(shè)備無紅外圖像獲取能力，通過計(jì)算得出，目標(biāo)在航區(qū)光學(xué)設(shè)備紅外視場中所占比例隨時(shí)間變化關(guān)系如圖3所示。

圖3 目標(biāo)在航區(qū)光學(xué)設(shè)備紅外視場中所占比例曲線圖

從圖中可以看出：0～130 s，火箭約占航區(qū)設(shè)備紅外視場的5%～20%，成像尺寸較為穩(wěn)定合適，由于初始跟蹤遮擋，設(shè)備40 s后才能穩(wěn)定獲取光學(xué)圖像。

該型光學(xué)設(shè)備紅外需要接力的重點(diǎn)弧段在0～60 s弧段，需著重保證該弧段目標(biāo)成像比例合適，能夠獲取高質(zhì)量紅外實(shí)況圖像。

2.2.2 站點(diǎn)視場分析

該型光學(xué)設(shè)備可機(jī)動布設(shè)于首區(qū)多個(gè)站點(diǎn)，以距離發(fā)射工位最近站點(diǎn)進(jìn)行分析說明(該站點(diǎn)對設(shè)備要求最苛刻，系統(tǒng)設(shè)計(jì)視場范圍滿足該站點(diǎn)要求，即可滿足其他站點(diǎn)要求)。

由上節(jié)分析可知，設(shè)備應(yīng)滿足：20～60 s，目標(biāo)占可見光視場的10%～80%；0～60 s，目標(biāo)占紅外視場的10%～80%。

通過計(jì)算得出，設(shè)備布于最近站點(diǎn)時(shí)不同視場角目標(biāo)在視場中所占比例隨時(shí)間變化的曲線如圖4所示。由圖可知，要達(dá)到最佳觀測效果，設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的觀測視場需求為：

圖4 設(shè)備布于最近站點(diǎn)不同視場角目標(biāo)在視場中所占比例的對比曲線圖

1)20～60 s，可見光視場角范圍最小需為0.5～5°；

2)0～60 s，紅外視場角范圍最小需為0.5～6°。

2.3 主機(jī)核心能力設(shè)計(jì)

2.3.1 光學(xué)系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)可見光、紅外最小視場角范圍，如果采用單個(gè)光學(xué)系統(tǒng)口徑的設(shè)計(jì)，那么可見光需要10倍變焦，紅外需要12倍變焦?；诤教彀l(fā)射場光學(xué)設(shè)備工程技術(shù)現(xiàn)狀，總體設(shè)計(jì)思路是：

1)可見光，250 mm以下的小口徑光學(xué)系統(tǒng)采用透射式設(shè)計(jì)，焦距設(shè)計(jì)能夠達(dá)到20倍，一個(gè)小口徑可見光系統(tǒng)即可滿足20～60 s實(shí)況記錄要求。根據(jù)設(shè)備測量弧段要求，還需要滿足中遠(yuǎn)距離(至一二級分離，對箭體目標(biāo)作用距離要求大于150 km)高質(zhì)量實(shí)況圖像記錄，設(shè)備應(yīng)配置中等口徑光學(xué)系統(tǒng)[10]。為避免中等口徑光學(xué)系統(tǒng)在近距離目標(biāo)充滿視場的情況，同時(shí)保證起飛段更高質(zhì)量的清晰成像，可見光成像系統(tǒng)需采用中等口徑長焦電視+小口徑大視場電視的設(shè)計(jì)模式。

2)中波紅外和長波紅外，對火箭箭體成像長波紅外效果更佳(中波紅外主要是用于目標(biāo)跟蹤和對尾焰成像)，300 mm以下小口徑光學(xué)系統(tǒng)，目前已工業(yè)成熟設(shè)計(jì)產(chǎn)品最大焦距為4倍[11](長波紅外對進(jìn)入探測器靶面的光能量要求較高，焦距太小無法滿足高清成像的能量要求)；300 mm以上的中大口徑光學(xué)系統(tǒng)，因?yàn)椴捎玫氖钦鄯凳皆O(shè)計(jì)，為保證圖像質(zhì)量采用定焦設(shè)計(jì)。因此，中波紅外成像系統(tǒng)采用中等口徑主鏡的設(shè)計(jì)模式即可，長波紅外需采用中等口徑主鏡+小口徑大視場的設(shè)計(jì)模式。

同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用最新的多光路合一技術(shù)，即長焦電視、長波紅外、中波紅外應(yīng)通過光譜分光方式共用中口徑光學(xué)系統(tǒng)。一方面能夠提高設(shè)備跟蹤穩(wěn)定性，實(shí)況圖像效果更佳，而且為實(shí)現(xiàn)設(shè)備全自動化穩(wěn)定跟蹤提供了技術(shù)支持；另一方面為實(shí)現(xiàn)可見光、長波紅外、中波紅外多源融合圖像輸出提供了技術(shù)基礎(chǔ)[12-15]。

因此，總體架構(gòu)設(shè)計(jì)是：設(shè)備配置一個(gè)中等口徑主鏡的光學(xué)系統(tǒng)，長焦電視、長波紅外、中波紅外通過光譜分光方式共用主鏡，外掛一個(gè)小口徑的可見光大視場和一個(gè)小口徑的長波紅外大視場分系統(tǒng)。

2.3.2 光學(xué)系統(tǒng)主口徑設(shè)計(jì)

光學(xué)設(shè)備口徑的大小決定了設(shè)備收集光能量的強(qiáng)弱，從而決定了設(shè)備對目標(biāo)的作用距離，光學(xué)系統(tǒng)主口徑的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)可見光成像對目標(biāo)的作用距離要求進(jìn)行分析論證。

為了保證對目標(biāo)的觀察和成像跟蹤，必須滿足以下三個(gè)基本條件要求：

1)目標(biāo)在靶面上的成像尺寸在2×2個(gè)像元以上；

2)目標(biāo)靶面照度≥0.33 lx；

3)調(diào)制對比度|CM|≥0.03。

目標(biāo)在靶面上的像元數(shù)根據(jù)公式(1)可計(jì)算得出，目標(biāo)靶面照度以及調(diào)制對比度[16-17]計(jì)算公式如下：

(2)

式中，Es為目標(biāo)在靶面的照度，Ds為光學(xué)系統(tǒng)入瞳直徑，τs為光學(xué)系統(tǒng)透過率，E為太陽光在目標(biāo)處的照度(將火箭近似為柱狀物體)，D為柱狀物體的直徑，L為柱狀物體的長度，ρ為目標(biāo)表面對太陽光的漫反射系數(shù)，τ為目標(biāo)與觀測站之間的大氣透過率，AS為目標(biāo)成像后綜合像斑面積，R為目標(biāo)到觀測點(diǎn)的距離，K為變換系數(shù)。

(3)

式中，CM為調(diào)制對比度，Es為目標(biāo)在靶面的照度，Ds為光學(xué)系統(tǒng)入瞳直徑，f為光學(xué)成像分系統(tǒng)焦距，τs為光學(xué)系統(tǒng)透過率，LB為背景輻射亮度。

目標(biāo)的作用距離要求大于150 km?；诖髿舛秳泳礁挡淮笥?″，大氣水平能見度不小于20 km，觀測方向與太陽夾角≥15°的條件，以及光學(xué)系統(tǒng)鏡頭和探測器性能指標(biāo)取行業(yè)內(nèi)較低標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得到：觀測仰角為15°時(shí)，400 mm口徑最長焦距4 m端，長焦電視不能對150 km的目標(biāo)進(jìn)行觀測；但在觀測仰角為20°的條件下，400 mm口徑最長焦距4 m端，長焦電視可對150 km的目標(biāo)進(jìn)行觀測[18]。

實(shí)際場景應(yīng)用中150 km的目標(biāo)實(shí)際觀測仰角大于20°，因此，為確保中遠(yuǎn)距離的高清成像，設(shè)備主光學(xué)系統(tǒng)口徑為400 mm最為適宜。

2.3.3 光學(xué)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)備總體設(shè)計(jì)的組成如圖5所示。主要包括主光學(xué)系統(tǒng)、長焦電視、長波紅外、中波紅外、可見光大視場、紅外大視場、精密跟蹤架、信息綜合、跟蹤控制、數(shù)據(jù)交互等分系統(tǒng)。考慮高機(jī)動需求，設(shè)備采用一體化單載車設(shè)計(jì)模式。

圖5 設(shè)備總體設(shè)計(jì)的組成框圖

主光學(xué)分系統(tǒng)將目標(biāo)及背景光信息進(jìn)行匯聚，經(jīng)光譜分光分為可見光、長波紅外和中波紅外三路不同波長的光，分別進(jìn)入各自的光學(xué)子系統(tǒng)傳遞至探測器。跟蹤外掛的長波紅外和可見光大視場鏡頭分別將各自的光信息傳遞至探測器。

其中，為了保證距離變化時(shí)，目標(biāo)成像尺寸相對穩(wěn)定，長焦電視焦距設(shè)計(jì)為1～4 m連續(xù)變焦，選用動態(tài)范圍較高的高分辨力探測器；由于定焦鏡頭比變焦鏡頭成像性能更可靠，長波紅外選用800 mm的定焦光學(xué)系統(tǒng)，F(xiàn)數(shù)常用的主要有F/2和F/4兩種，同等口徑條件下，F(xiàn)數(shù)為2的系統(tǒng)視場角大，獲得的圖像對比度高，有利于遠(yuǎn)距離弱目標(biāo)的提取及捕獲跟蹤，因此最終選擇F數(shù)為2的制冷型長波紅外焦平面探測器[19]；中波紅外分系統(tǒng)：選用800 mm定焦的光學(xué)系統(tǒng)，選用制冷型中波紅外焦平面探測器；可見光大視場，所需視場較大，成像質(zhì)量要求較高，需選用小口徑連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)鏡頭選用貨架產(chǎn)品(專業(yè)級成熟產(chǎn)品精密度更高)，探測器選用高分辨率成熟商業(yè)相機(jī)[20]；紅外大視場，主要完成對近距離火箭全體成像，所需視場較大，需采用口徑不小于150 mm的連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)，選用制冷型長波紅外焦平面探測器。

3 體系模型分析驗(yàn)證

3.1 驗(yàn)證方法

根據(jù)論證光學(xué)設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)，以及某發(fā)射場區(qū)實(shí)際站點(diǎn)的場景應(yīng)用，將光學(xué)設(shè)備布設(shè)在距離火箭幾百米的首區(qū)固定站點(diǎn)和距離火箭十幾公里的航區(qū)機(jī)動站點(diǎn)，計(jì)算設(shè)備各光學(xué)分系統(tǒng)在起飛段(0 s)、主口徑接力段(45 s)、一二級分離段(160 s)火箭目標(biāo)所占視場比例，通過分析視場比例的合理性，直觀反映光學(xué)實(shí)況記錄的觀測效果，可驗(yàn)證光學(xué)設(shè)備主機(jī)核心能力的正向體系設(shè)計(jì)的合理性、有效性。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

選取首區(qū)固定、航區(qū)機(jī)動2個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算分析，設(shè)備在實(shí)際站點(diǎn)的場景應(yīng)用中各光學(xué)分系統(tǒng)目標(biāo)所占視場比例計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 設(shè)備在實(shí)際站點(diǎn)的場景應(yīng)用中各光學(xué)分系統(tǒng)目標(biāo)所占視場比例

計(jì)算結(jié)果表明：

光學(xué)設(shè)備布設(shè)于首區(qū)固定站點(diǎn)時(shí)，起飛段可見光大視場分系統(tǒng)目標(biāo)所占視場比例為39%，紅外大視場分系統(tǒng)目標(biāo)所占視場比例為34%，由這2個(gè)光學(xué)分系統(tǒng)可保證高質(zhì)量實(shí)況圖像記錄；接力段長焦電視分系統(tǒng)使用短焦觀測目標(biāo)，目標(biāo)所占視場比例為41%，長波/中波紅外分系統(tǒng)目標(biāo)所占視場比例為60%，即主口徑光學(xué)分系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)很好的接力觀測能力，從而獲得目標(biāo)視場比例穩(wěn)定合適的高質(zhì)量實(shí)況圖像；一二級分離段目標(biāo)所占視場比例很小，分辨力不足，主口徑光學(xué)分系統(tǒng)能夠獲取一二級分離的關(guān)鍵動作實(shí)況圖像，實(shí)現(xiàn)對航區(qū)其余光學(xué)設(shè)備的實(shí)況圖像冗余。

光學(xué)設(shè)備布設(shè)于航區(qū)機(jī)動站點(diǎn)時(shí)，根據(jù)部分測量需求用于更好地觀測火箭關(guān)鍵動作，長焦電視分系統(tǒng)使用最大焦距觀測目標(biāo)，目標(biāo)所占視場比例為15%～24%，長波/中波紅外分系統(tǒng)目標(biāo)所占視場比例為5%～8%，即直接使用主口徑光學(xué)分系統(tǒng)，從初始跟蹤段至一二級分離段均可獲取視場比例合適的高質(zhì)量實(shí)況圖像。

通過實(shí)際場景應(yīng)用的計(jì)算試驗(yàn)，論證的光學(xué)設(shè)備在首區(qū)固定站點(diǎn)時(shí)，能夠重點(diǎn)保證可見光20～60 s、紅外0～60 s測量弧段內(nèi)成像比例穩(wěn)定合適的高質(zhì)量實(shí)況記錄，而一二級分離段的高質(zhì)量成像由其它航區(qū)光學(xué)設(shè)備保證；機(jī)動至航區(qū)適宜站點(diǎn)時(shí)，能夠完成一二級分離等火箭關(guān)鍵動作的高質(zhì)量實(shí)況記錄。相較于傳統(tǒng)逆向論證的光學(xué)設(shè)備造成航天發(fā)射場光學(xué)設(shè)備體系存在冗余設(shè)計(jì)不合理、效能發(fā)揮不完盡等情況，該正向論證的光學(xué)設(shè)備基于多設(shè)備體系聯(lián)合工作，體系職能定位得到最大效能發(fā)揮，驗(yàn)證了建立的光學(xué)設(shè)備主機(jī)核心能力的正向體系設(shè)計(jì)模型科學(xué)合理、實(shí)用有效，能夠展現(xiàn)出多設(shè)備聯(lián)合工作的最優(yōu)效能發(fā)揮。

4 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)設(shè)備逆向建設(shè)論證存在導(dǎo)致航天發(fā)射場設(shè)備體系冗余設(shè)計(jì)不合理、效能發(fā)揮不完盡，未來測控設(shè)備建設(shè)發(fā)展必然更加重視體系效能的最佳發(fā)揮，設(shè)備建設(shè)論證必將采用正向體系化論證方法的問題。本文基于此形勢需求，采用基于需求牽引、技術(shù)推動的正向建設(shè)論證的科學(xué)方法，研究形成了一套完整的光學(xué)設(shè)備主機(jī)核心能力的正向體系設(shè)計(jì)模型，包括總體要求、體系定位和主機(jī)核心能力設(shè)計(jì)具體的論證流程、科學(xué)方法。通過對設(shè)備實(shí)際場景應(yīng)用的計(jì)算分析得出，正向體系設(shè)計(jì)的設(shè)備，能夠獲取體系定位重點(diǎn)弧段的視場比例穩(wěn)定合適的高質(zhì)量實(shí)況記錄，能夠?qū)崿F(xiàn)多光學(xué)設(shè)備聯(lián)合工作的體系效能最優(yōu)發(fā)揮，驗(yàn)證了正向體系設(shè)計(jì)模型的合理性和有效性。同時(shí)，該套正向體系設(shè)計(jì)模型也可為其他航天測控設(shè)備的正向體系化設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用提供參照示范。