基于半导体制冷器的微型黑体温控系统

微型面源黑体作为红外载荷的定标用辐射源,其温度稳定性、均匀性直接影响着定标的结果。本文基于半导体制冷器,采用专用控制芯片LTC1923设计了微型面源黑体温度控制系统。在常温常压条件下,测试了微型面源黑体的温度特性。试验结果表明,微型面源黑体在0℃~50℃工作正常、黑体由当前温度升高或降低5℃所需时间小于2min、温度稳定性均优于0.02℃/h,温度均匀性均优于0.09℃,满足项目要求。     

微波波段黑体定标源电磁特性优化设计的研究

对风云系列气象卫星微波成像仪、微波温度计热真空实验黑体定标源的电磁特性进行了仿真优化设计研究,优化目标为后向RCS最小以实现黑体法向发射率接近1。基于可跨越介质边界的亚网格时域有限差分法分别对方锥和圆锥金属基体在非涂覆和涂覆吸波材料为0.5~3.0 mm厚度,频率为10.65 GHz的情况进行了对比分析,圆锥的最佳涂覆厚度为1.5 mm,其后向RCS值明显优于方锥的最佳涂覆厚度2.5 mm达7.5 dBsm.在10.65 GHz频段内采用圆锥结构设计的黑体定标源可实现更高的发射率,同时由于最佳涂覆厚度比较薄,可以有效降低劈尖结构产生的温度梯度,实现定标源的温度均匀性。     

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。     

宽温度范围大口径高精度变温标准黑体辐射源研制

红外成像探测系统的应用环境越来越复杂，工作适应温度范围低温可达到-50 ℃以下，高温可达到70 ℃以上。为满足相应要求，研制宽温度范围大口径高精度变温标准黑体辐射源，采用细分均匀加热、模糊PID自整定控制算法、双路配气保护等技术，满足高低温需求，同时开展腔型设计、超黑高发射率涂层等相应研究，保证了黑体辐射源的整体性能，确保完成相应功能。研制完成后，在高低温环境下进行了验证试验，可达到以下指标：有效发射率≥0.999，空腔开口直径≥60 mm，温度测量不确定度10 mK（k=2）。经验证，可满足宽温度范围条件红外探测系统的计量要求。     

大口径积分球辐射定标光源辐射性能研究

目前,我国空间光学遥感器正向着大型化、高精度的方向发展,辐射定标装置也随之发展进步。本文系统地介绍了大口径空间相机用积分球辐射定标装置辐射性能的测试方法。研制出一套积分球辐射性能测试装置,用于测试大口径积分球的均匀性、余弦特性和稳定性,并给出了积分球辐射定标光源的输出不确定度。文中检测的积分球辐射定标光源内径为3 000mm,出光面直径为1 000mm,得到该积分球辐射定标光源的均匀性为0.11%,在±20°范围内余弦特性最大偏移为1.1%,整个系统的输出不确定度为5.94%。     

FY-2卫星扫描辐射仪在轨定标方法

ＦＹ－ ２ 在轨定标是云图定量处理的关键。首先叙述了ＦＹ－ ２ 可见光、红外和水汽通道的定标方法;然后介绍了星上各通道的电定标及黑体定标的过程。结果表明红外通道在轨定标曲线与实验室定标非常接近。     

先进的宇航试验舱温控系统

介绍了中国新一代宇航试验舱的温控系统。该温控系统设计思想先进、结构新颖。在直径２．３ｍ，长２ｍ的封闭舱体控温面上，实现了０℃～５０℃的任意温度定点控制及９０ｍｉｎ内的正弦波、梯形波、三角波的周期变化；在整个控温面上温度非均匀性（均方根偏差）小于０．３℃，远远超过了非均匀度±１℃、控制精度±２℃的原设计指标。     

一种改进的多点融合非均匀校正技术

针对空间宽幅相机在进行非均匀性校正过程中相机镜头与积分球输出口的相对位置发生变换后非均匀性校正精度下降的原因进行了分析,提出了一种改进的融合多点位置的非均匀校正新方法,即为了消除积分球的角均匀性和面均匀性的不足,采用获取多个位置的大量定标图像,融合求取平均值的方法得到校正系数来削弱这种影响,并进行试验验证分析。结果表明,多点融合的校正方法在积分球输出口光强不均匀、又无法固定相机与积分球相对位置的前提下,减少了积分球光强的不均匀性对系数可靠性的影响,相对辐射定标的非均匀校正精度得到大幅提高。     

“高分五号”全谱段相机可展开定标漫反射板设计

为了对“高分五号”卫星全谱段光谱成像仪的太阳反射谱段辐射性进行长期监测与校正，并针对其谱段范围宽、精度要求高、口径大、使用寿命长等特点与要求，优化设计了可展开的漫反射板进行全光路全视场的辐射定标。定标漫反射板安装在相机光学系统的前端侧面，不影响相机正常成像，在定标时通过驱动机构展开漫反射板到相机前端，根据“高分五号”卫星轨道特点、定标能量要求及相机安装矩阵等设计定标漫反射板展开角度为39°。研制了430mm×430mm大尺寸聚四氟乙烯漫反射板组件以保证在展开时满足全光路全视场的定标，漫反射板在420～2400nm光谱范围内半球反射率高于95%，在相机观测方向BRDF变化优于25%。同时，设计了漫反射板稳定性监视辐射计用于监测漫反射板在轨性能衰减，监测精度15%。在轨定标精度分析为476%，满足指标要求。     

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.      

激光目标模拟器功率现场校准装置

激光探测设备被广泛应用于精确瞄准、捕获、跟踪系统中,在其投入使用前,需要进行多次仿真测试。激光目标模拟器是激光探测设备仿真测试时使用的重要仿真设备,但是具有体积大、不易搬运的特点。本文设计了一种激光目标模拟器现场功率校准装置。该校准装置由光阑、聚焦光学系统、能量探测单元、时域探测单元、二维位移机构、微型转台和控制软件等组成。校准装置可现场对1.064μm、峰值功率范围(10^-5～10^-1)W的激光目标模拟器功率稳定性及均匀性进行准确、快速校准,功率稳定性及均匀性测量不确定度均小于8%（k=2）,从而为激光目标模拟器提供计量保障。     

OPC UA技术在智能校准系统中的应用

为提高手持式数字万用表检定系统的自动化程度，结合机器人、工业相机、传感器等具有一定智能技术的设备，研制手持万用表的全自动校准系统。针对系统基于LabVIEW构建的上位机和基于PLC技术构建的下位机之间如何实现安全、稳定的实时数据交互，提出基于创建共享变量的传统技术和基于OPC UA新一代通信技术的两种通讯方法。通过工程实现，充分验证了基于OPC UA技术的新方法实现LabVIEW和PLC通信的可行性，该方法具有开发周期短、稳定性高、响应性快、实时性强等优点，同时编程工作减少，代码更简洁美观，降低维护难度。     

CCD器件用机械泵驱动两相流体回路仿真与试验

电荷耦合元件（CCD）作为航天光学遥感器的核心部件之一,其工作性能受温度影响很大,传统的热控产品难以满足大功率CCD的精密控温需求。通过仿真与试验系统研究了机械泵驱动两相流体回路（MPTL）用于CCD控温时的启动特性、运行状态、内部工质的流动及传热特性。结果表明:MPTL可以通过干度的调节来吸收冷凝器外热流和CCD工作模式的影响;MPTL的控温精度可以达到±1℃,蒸发器并联支路、蒸发器负载和冷凝器温度在一定范围内变化等均不会对系统运行稳定性产生影响,其仍可将CCD器件控制在所需温度;通过仿真与试验对比,发现仿真模型的误差在±1℃以内,验证了模型的有效性和准确度。MPTL可以很好地满足航天光学遥感器CCD的控温要求,能够保证CCD始终具有较好的温度稳定性和均匀性,且系统具有良好的运行特性和鲁棒性,其在CCD精密控温方面具有很好的应用前景。      

质子交换炉温度场均匀性分析与优化

针对质子交换炉的温度场均匀性问题,结合质子交换炉的结构特点,基于FLUENT用户自定义函数（UDF）开发了质子交换炉炉温控制算法,并在此基础上提出了多种加热控温方案;利用FLUENT软件对不同方案下的质子交换炉温度场进行仿真,分析不同控温方式下炉内温度场均匀性与传感器位置布置、加热丝布置高度的关系,找到最佳方案。结果表明:采用三段控温、3个传感器位置分别布置在3段加热丝中间、加热丝布置高度4倍于均匀温区长度时炉内温度场均匀性最好,均匀温区内最大偏差为0.03℃;对于既定结构的立式炉体,增加加热丝布置高度、优化设计传感器布置方案和炉体控温方式可以提高温度场均匀性。该方法为同类电加热炉温度场均匀性的优化设计提供了思路。      

高分辨率立体测绘相机系统热控设计及验证

高分辨率立体测绘相机的光学系统及探测器的温度稳定性影响测绘相机的测绘精度。针对透射式光学系统,采用多级外热流抑制技术,使星相机透镜的温度稳定性提高了6倍;针对反射式光学系统,采用间接辐射式控温等热控技术,使主镜、次镜的温度稳定性达到±0.3℃;针对大功率电荷耦合元件（CCD）,采用基于环路热管（LHP）的节能型控温技术,在满足温度指标的前提下使环路热管驱动功率的周期平均值由60 W降低至33.8 W,同时节省约40%的主冷凝器面积及质量;针对CMOS,采用两级温度波动抑制技术,使其温度稳定性达到±0.3℃。研究了地面热试验的方法,报告了测绘相机系统关键部组件在极端空间环境下的在轨数据,全面验证了热控设计方法的正确性。     

预估Fuzzy-PID在中央空调控制系统中的应用

电加热常作为中央空调的末端设备置于被调节房间风道入口处,微调加热以提高温度控制精度,为此提出一种电加热温度控制方法,采用预估Fuzzy-PID复合控制算法,通过对加热功率的调节进行闭环控制,实现控制点温度的稳定控制.新的控制算法结合了smith预估控制、Fuzzy和PID控制器的优点.在MATLAB环境中仿真预估Fuzzy-PID控制中央空调末端电加热,结果表明该控制方法能提高温度稳定性并降低能耗,控制精度达到±0.1℃.该控制方法同样适用于其它含有电加热元件的场合.      

分体对开式高低温发生装置研究

介绍了一种分体对开式高低温发生装置,并详细叙述了其结构组成,测试结果表明高低温发生装置温度范围为-80℃~400℃,温度偏差为±2℃,温度均匀度为2℃,该装置可作为专用实验设备用于力传感器高低温环境下的校准。     

分体对开式高低温发生装置研究

介绍了一种分体对开式高低温发生装置，并详细叙述了其结构组成，测试结果表明高低温发生装置温度范围为-80℃~400℃，温度偏差为±2℃，温度均匀度为2℃，该装置可作为专用实验设备用于力传感器高低温环境下的校准。     

改善高频宽压控晶振频率温度稳定性方法

高频宽压控晶体振荡器广泛应用于各种接收机和应答机中,工作温度范围通常为-40℃～+85℃。对于该类晶振,极易出现频率温度稳定性相对于其内部石英谐振器明显恶化的现象。对此,从理论上分析了引起恶化的原因,并提出通过合理控制振荡电路的压控范围和石英谐振器的激励功率,可以改善高频宽压控晶振的温频特性。最后,研制并测试了4只102.3MHz压控晶振,结果优于指标要求,充分验证了方法的有效性。