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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

N型热电偶合金及铠装偶系统的热电势稳定性

通过与 K 型热电偶合金的热电势稳定性数据的对比,证明 N 型热电偶合金在1000℃以上的长期热电势稳定性、在250～650℃的短期热电势稳定性及在25～225℃的抗微扰性均明显优于 K 型热电偶合金。在700℃附近,N 型热电偶合金发生一定的热电滞后,其热电偶的塞贝克系数的净变化值约为1.5%。通过与铠装 K型热电偶及其外管合金铠装的 N 型热电偶的对比,证明 Nicrosil 铠装 N 型热电偶系统具有良好的热电势稳定性。     

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。     

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。      

八毫米无源跟踪式全功率遥感辐射计的研制和校准

本文讨论了一种适用于研究地面物体的微波辐射特性和对运动目标进行跟踪制导或自动成像系统的八毫米波段无源全功率式遥感辐射计的研制和设计。该辐射计的增益稳定性可以得到显著改善,其灵敏度可以大大得到提高,致使可以与以往常用的各种型式的迪克(DICKE)开关式辐射计相媲美。辐射计的可测亮度温度的动态范围在300K至20K之间。当辐射计系统终端积分时间常数为1.5毫秒时,输出噪声起伏的均方根值优于1.3K。同时,它还具有设计简单、体积小、重量轻、成本低、易于全集成化、坚固可靠等优点,这是其它型式的辐射计所不能及的。最后介绍了我们研制和设计的八毫米无源跟踪式全功率遥感辐射计的主要技术指标的测量结果和用液氮冷却低温标准噪声源的校准定标方法。大量的测量结果数据是通过辐射计终端配备的微型计算机来进行数据收集和处理的。     

^(137)Cs,^(60)Co大面积航空平面源的制备技术CSCD

用于校准航空γ谱仪的137Cs,60Co大面积航空平面源对传统的涂刷制源技术提出了挑战,为确保平面上的均匀性,借鉴现代网格点阵喷涂技术,将137Cs,60Co两种放射性标准溶液分别定量滴注在底衬滤纸上,晾干后热塑封并用环氧树脂将塑封片固定在梯形铝板上,由8块梯形铝板拼接为边长1m的正六边形航空平面源。制备的航空平面源的扩展不确定度(k=2)为4%,不均匀性优于10%。     

反射型保偏光纤温度传感器

基于保偏光纤中偏振模式干涉理论,提出了一种反射型保偏光纤温度传感技术并推导出传感方程,理论分析表明这种温度传感器精度高,可通过改变保偏光纤传感头长度的方法方便地调整测量范围.针对大型电力变压器绕组线圈的温度监测需要,利用特制的耐高温保偏光纤,在传感头和封装形式上进行了特殊设计,研制出实用的光纤温度传感器,其传感头满足了热油和高电压绝缘的要求.利用这种传感器进行了实际测试研究,基于模型线性化技术,在常温~180℃的温度范围内实现了线性输出.在冰水混合形成的绝对0℃环境下的稳定性测试表明其测量精度和稳定性均优于0.15℃.      

中国星载微波辐射计地面定标技术的研究进展

综述了中国微波辐射计地面定标技术的发展历程和研究成果。详细介绍了中国风云三号气象卫星热真空定标总体技术方案,以及近期在微波波段宽带定标源优化设计和研制、发射率测量技术、实验室定标与热真空定标方法及亮温传递系统不确定度分析方面取得的研究成果。对未来需要开展研究的定标技术做了初步分析。     

用于火星探测的电子分析器定标

用于火星探测的电子分析器采用了带偏转板的同轴圆柱形静电分析器, 该传感器方案在满足性能指标的同时实现了小型化. 利用法国空间辐射研究中心(CESR)的电子源, 对电子分析器两个传感器通道的静电分析器因子、能量分辨率、偏转板偏转因子、 方位角分辨率和极角分辨率进行了定标. 给出了上述参数的定标结果, 并对结果进行了分析. 结果表明,仪器的能量范围、能量分辨率、方位角视场及角度分辨率等参数均优于指标要求. 定标结果为电子分析器在轨数据处理和分析以及在轨运行参数设置提供了依据.      

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.      

用于辐射计定标源发射率测量的标定方法

针对用于风云系列卫星有效载荷微波辐射计的地面定标的定标源的双站测量系统进行建模,引入与待测的有限大周期方锥阵列定标源结构一致的锥形阵列金属标定体(标定锥),取代常规的标定金属平板(标定板).通过基于三维时域有限差分(FDTD,Finite-Difference Time-Domain)算法和等效时谐场外推理论的仿真,结果显示标定锥具有与定标源相似的散射分布特性,并通过基于天线近场耦合理论的分析,标定锥与定标源具有相近的天线耦合功率密度分布,因此,用标定锥作为标定体可有效地消减由天线口面带来的近场天线耦合的误差.对于文中给定的定标源模型,在不考虑收发天线直接耦合的条件下,采用标定锥取代标定板进行标定可以将定标源发射率的测量精度提高一个数量级.      

光学遥感卫星在轨星上绝对辐射定标的研究进展

高精度绝对辐射定标是实现光学遥感定量化应用的重要前提。首先简要介绍了绝对辐射定标,接下来系统性地梳理国内外发展现状及发展趋势,重点分析了太阳反射谱段光学遥感卫星在轨星上绝对辐射定标的各种方法,包括遥感器上定标设备、恒星和月球定标、高精度参考交叉定标卫星和同步绝对辐射定标仪等,其中前两类已经在轨实现精度优于2%~5%,后两类计划当中精度优于1%。最后总结发展规律和发展启示,给出高精度光学遥感卫星在轨星上绝对辐射定标发展的几点讨论。