太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m²·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m²·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.     

大口径低温黑体标定装置研制

为了实现更大范围的辐射测量,研制了一套大口径低温黑体标定装置。该装置采用工质制冷技术,避免了大量液氮消耗;采用辐射面竖直放置,有利于红外测量设备标定使用;采取了双参数联动PID控制方案,实现了宽温区辐射体的高稳定性控温。该装置研制中使用了低温黑体的防结霜技术、低温黑体辐射定标温度修正技术、低温黑体校准技术等,为建立低温黑体辐射标准打下基础。     

基于双响应波段工作的红外热像仪测温原理与误差分析

为了提高红外热像仪测温的准确性,根据红外辐射理论,从红外热像仪的测温原理出发,分析了基于双响应工作波段的热像仪的测温原理,得出了目标物体的发射率、物体温度计算公式以及相应误差的估算公式,分析了各影响因素对热像仪测量准确度的影响,提供了一种目标物体发射率的测定方法,对利用红外热像仪准确测量内燃机等热能机械表面温度具有重要的意义。     

复杂背景红外成像系统作用距离估算方法

传统红外成像系统作用距离模型只有在背景单一不变的条件下有效,引入概率分布的思想对传统作用距离方程进行了改进,将方程中的作用距离和背景红外辐射亮度由变量更换为向量,向量维数由背景红外图像的灰度值分布确定.改进后的作用距离模型将应用条件拓展到任意背景,打破了传统模型对背景条件的局限.针对作用距离计算过程中复杂背景红外辐射亮度难以获取的问题,提出建立红外成像系统的亮度-灰度函数,通过背景的红外图像灰度信息计算其红外辐射亮度的方法.计算实例表明,该模型能够解决复杂背景下红外成像系统作用距离的估算问题.     

脉冲激光测距误差标定及不确定度分析CSCD

以脉冲激光测距机的测距误差标定为背景,通过对测距误差解析表达式的推导,给出了系统各不确定度分量对测距误差的影响,计算了信号延迟时间、探测器和激光二极管响应时间、晶振频率、大气折射率等不确定度分量。通过对某已标定激光测距机实验验证表明:该装置在500m^20 000m测距范围内,测量重复性引入的相对标准不确定度最大值为0.67m,满足该类激光测距机测量不确定度5m(k=2)的校准测试需求。因此,利用该解析表达式可以实现对脉冲激光测距误差的有效评估,这对于脉冲激光测距测试系统、脉冲激光测距机的设计具有重要的指导意义。     

基于有限体积法和SNBCK模型的红外辐射特性计算

耦合求解流场、组分浓度场、基于SNBCK模型的气体辐射传输/能量方程以求准确模拟飞行器排气系统气动热力及红外特性.窄带模型参数由HITEMP逐线计算数据库计算得到.通过CO₂4.3μm波段吸收率计算,圆柱炉膛辐射换热特性计算两个算例验证了所采用程序求解辐射传输/能量方程的准确性.最后计算了两种二元喷管的红外特性,结果表明大宽高比二元喷管地面和空中状态红外辐射特性差异巨大.     

基于多光谱测温优化的材料光谱发射率测量

针对高温材料红外光谱发射率测量中样品表面温度难以准确测量的问题,提出了直接使用光谱仪测量得出样品表面的光谱辐射能量信息,选取其中合适的光谱波段利用多光谱测温方法得到样品表面温度,进而计算出材料的光谱发射率.分析了多光谱测温中发射率模型的阶次和测量波段选取对测温准确度的影响,给出了温度计算的稳健算法,并对其主要不确定度的来源进行了评定.在1 100 K左右温度下以不锈钢材料进行实验验证,得出温度引起的光谱发射率相对不确定度在2～20 μm范围内低于2%,满足红外隐身和辐射测温等领域的要求,适合于导热性能差的材料或涂层材料的高温光谱发射率测量.     

基于中波红外热成像的温度场测量技术研究

随着红外探测技术的不断发展,基于中波红外热成像的测温技术得到了越来越广泛的应用。在研究中波红外成像系统测温原理的基础上,探讨了黑体辐射定标技术,以及环境辐射和定标数据处理方法对测温准确度的影响,提出了一系列的处理方法,实现了一套基于红外成像的温度场测量方案,并有效补偿了环境辐射对测量结果的影响,同时降低了定标数据拟合引起的误差,使测温准确度得到了很好保证。     

无人机红外辐射特性测量方法

无人机飞行时红外辐射特性测量受多方面因素影响,测量精度低,不能满足试验要求。采用室内标定、室外成像进行红外辐射特性反演,利用Fas Code软件对大气传输进行估算,对测量结果进行修正,获得无人机红外辐射特性,测量结果与实际情况一致,测量方法有效。     

无人机红外辐射特性测量方法

无人机飞行时红外辐射特性测量受多方面因素影响，测量精度低，不能满足试验要求。采用室内标定、室外成像进行红外辐射特性反演，利用FasCode软件对大气传输进行估算，对测量结果进行修正，获得无人机红外辐射特性，测量结果与实际情况一致，测量方法有效。     

基于恒星的电离层成像仪在轨几何定标

三轴稳定的地球静止轨道卫星在轨运行期间温度会有周期性变化.其上装载的远紫外电离层成像仪与卫星之间的热应力变化造成机械传递，导致仪器指向与装星时的初始位置发生偏差.恒星在惯性坐标系中的位置保持不变，可以将其作为电离层成像仪在轨几何定标的定标源.本文建立了基于恒星的电离层成像仪在轨几何定标模型，通过拍摄所筛选恒星图像，得出仪器在轨指向相对于初始值的偏离程度，从而提高电离层成像仪的成像几何精度.通过模拟试验，验证了运用此技术进行在轨几何定标的可行性.研究结果可为电离层成像仪常态化自动在轨几何定标奠定基础.      

Experimental investigation of transient thermal behavior of an airship under different solar radiation and airflow conditions

Knowledge of the thermal behavior of airships is crucial to the development of airship technology. An experiment apparatus is constructed to investigate the thermal response characteristics of airships, and the transient temperature distributions of both hull and inner gas are obtained under the irradiation of a solar simulator and various airflow conditions. In the course of the research, the transient temperature change of the experimental airship is measured for four airflow speeds of 0 m/s (natural convection), 3.26 m/s, 5.5 m/s and 7.0 m/s, and two incident solar radiation values of 842.4 W/m² and 972.0 W/m². The results show that solar irradiation has significant influence on the airship hull and inner gas temperatures even if the airship stays in a ground airflow environment where the heat transfer is dominated by radiation and convection. The airflow around the airship is conducive to reduce the hull temperature and temperature nonuniformity. Transient thermal response of airships rapidly varies with time under solar radiation conditions and the hull temperature remains approximately constant in ∼5–10 min. Finally, a transient thermal model of airship is developed and the model is validated through comparison with the experimental data.     

A new model for atmospheric radiation under clear sky condition at various altitudes

Atmospheric radiation is one of the major factors that dominate the thermal behaviors of aerostats. A high-performance model is needed to evaluate the atmospheric radiation. Based on the atmospheric radiation database containing 24,862 data points compiled from 7 stations with the elevation from sea level to 2373 m and the reference code MODTRAN, a new atmospheric radiation model is proposed using regression and optimization software. It has excellent prediction accuracy with the coefficient of determination of 0.94, the root mean square error of 15.1 W/m², and the mean absolute percentage error of 4.13% for the database. Comparison with the well-known existing model shows that the new model has the highest prediction accuracy. The new model predictions agree with the MODTRAN calculations at various altitudes very well, and thus it can be used for estimating the thermal performances of a high altitude aerostat.     

On the measurements of the moon’s infrared temperature and its relation to the phase angle

Radiometric measurements of the thermal radiation originating from the moon’s surface were obtained using an infrared detector operating at wavelengths between 8 and 14 μm. The measurements cover a full moon cycle. The variation of the moon’s temperature with the lunar phase angle was established. The lunar temperatures were 391 ± 2.0 K for the full moon, 240 ± 3.5 K for the first quarter, and 236 ± 3 K for the last quarter. For the rest of the phase angles, the lunar temperature varied between 170 and 380 K. Our results are comparable with those obtained previously at these phase angles. For the new moon phase, the obtained temperature was between 120 and 133 K. With the exception of the new moon phase, our measurements at all the phase angles were consistent with those obtained using Earth-based data and those obtained by the Diviner experiment and the Clementine spacecraft. At the new phase, our measurements were comparable with those obtained from the ground but were significantly higher than those obtained by the Diviner and Clementine data. We attribute this inconsistency to either the calibration curve of our detector, which does not perform well at very low temperatures, or to infrared emission from the atmosphere. A simple linear model to predict the lunar temperature as a function of the phase angle was proposed. The experimental errors that affect the measured temperatures are discussed.     

C/E复合材料螺旋铣孔切屑形状与切削温度研究

碳纤维增强环氧树脂基体(C/E)复合材料具有优异的性能,广泛用于制造飞行器结构件。在加工C/E复合材料连接孔过程中容易出现分层、撕裂等加工缺陷,而切削温度过高是导致加工缺陷的主要原因之一。螺旋铣孔作为新的制孔技术,加工C/E复合材料时表现出许多优于传统钻孔的特点,受到广泛关注。本文采用专用加工装备开展了C/E复合材料制孔试验,利用红外热像仪实时监测切削温度,分析了螺旋铣孔加工参数对切削温度的影响规律。根据螺旋铣孔运动学规律和切削原理,从未变形切屑形状特点入手分析了螺旋铣孔切削温度的来源和影响因素。研究结果可对深入理解螺旋铣孔加工机理、制定合理的螺旋铣孔加工工艺提供依据。     

黑体空腔不等温性对辐射温度计校准结果影响的计算分析

针对常用的圆柱型无盖黑体空腔,分别计算了在对工作波长为单波长(1μm,1.6μm)、波段(3~5)μm、(8~14)μm的辐射温度计进行校准时,由于空腔的不等温性引起的积分发射率变化对校准结果造成的辐射温度偏差。计算结果表明,黑体空腔实际存在的不等温性引起的辐射光谱偏离理想黑体辐射对校准结果造成的偏差是不容忽略的,对于每一个具体的黑体辐射空腔,都要对其不等温对校准结果的影响予以考虑。