低温点源黑体关键技术及国内外发展现状

文章分析了低温点源黑体设备研制中的几项关键技术,包括3种常见发射腔腔形的特点,腔体发射率的计算方法,以及热管,恒温浴和液氮电加热3种恒温方式的原理和技术特性;比较了国内外典型低温黑体设备、产品的性能指标;并简述低温点源黑体设备在红外定标试验中的原理和应用.最后总结出现阶段低温点源黑体的发展水平以及未来的研究重点.     

结构化平面表面发射率的计算方法及其验证

结构化高发射率辐射表面广泛应用于红外定标、超低温冷源和吸波热沉等，发射率为其核心指标。结构化高发射率表面的设计首先是确定其表面结构单元的尺寸参数，如尖锥的高度、结构角等，然后设置高发射率涂层。为准确获取所设计结构化高发射率表面的发射率，文章依据经典的传热学公式推导给出一种分析计算方法，并采用仿真分析、样件测试等形式验证了该计算方法的有效性。此方法适用于方锥、尖劈和蜂窝等形式高发射率表面的设计计算。     

低温真空环境的红外背景模拟器的研制

红外背景模拟器是光学遥感器性能检测试验和辐射定标试验中的重要设备。针对某低温光学遥感器的光学定标试验,将仿真优化与实践经验相结合,研制了一套能够在120 K的低温真空环境中稳定工作的红外背景模拟器。该模拟器主要由真空低温面源黑体、冷光阑和电移台3部分组成。其中冷光阑的温度在90～300 K范围内连续可调,且温度均匀性在±3 K以内;电移台的三维运动控制精度≤10 mm。该模拟器能够适用于多种光学遥感器的红外性能检测试验和定标试验。     

80～345K连续调温腔型黑体

介绍一种工作在低压低温环境下(低压1.1×10~(-7)Pa,低温77K)的黑体标准辐射源装置。该装置采用先进的圆柱内锥加锥口的几何腔型,采用辐射式温控的恒温方式,具有80～345K连续可调的温度范围,温控稳定性优于土0.02K/30min,在腔体内锥底部(系统有效利用面),温度均匀性优于±0.02K,积分发射率达到0.9999±0.0001。该黑体已经成功地用于卫星多光谱扫描仪地面辐射定标。     

DQ-1宽幅成像光谱仪发射前载荷定标技术

大气环境监测卫星作为国家民用空间基础设施规划中的科研卫星,其遥感应用需求对其载荷的定量化精度要求越来越重要。宽幅成像光谱仪作为大气环境监测卫星中的主要载荷,可获取光谱范围从可见光至长波红外(0.415~12.000 μm)的陆表和大气多光谱信息。采用45°扫描镜配合消旋系统的扫描方式,光路结构采用同轴望远镜系统,实现3个探测器焦面上21个谱段的同时对地的超宽幅高空间分辨率成像。为了准确地获取能量和仪器响应之间的定量关系,在卫星发射前开展宽幅成像光谱仪全光路、全口径辐射定标试验,分别介绍了可见到短波谱段积分球定标技术和中长波谱段热真空红外定标技术,为用户定量应用提供了良好的保障,并对定标过程中传递路径下的误差来源及精度进行分析评估。     

法向发身率测量仪

本文给出了在大气温度下测量物质表面法向发射率的原理、装置结构及测试结果。这个装置是由黑体,样品腔和辐射计(接收元件)构成。法向发射率是由在相同温度下样品产生的热电势EMF与黑体产生的热电势EMFo之比来度量的。最后,对误差进行了讨论。     

红外及微波定标试验用空间环模设备研制

为了满足星载光学遥感仪器红外定标试验和星载微波遥感仪器微波真空定标试验的需求,上海卫星工程研究所研制成一套专用空间环模设备,该套设备在红外定标用20 K冷屏制冷方式的基础上,采用5台G-M制冷机组合冷却冷屏,冷屏温度可降至20 K以下。同时,该设备是国内第一台微波真空定标试验设备。试验证明设备各系统达到设计指标要求。     

热控涂层红外发射率对GEO卫星蓄电池温度波动的影响

在东方红一3卫星平台的基础上,将合理简化后的南蓄电池舱作为热分析模型。根据影响蓄电池温度波动的机理,提出服务舱舱板内表面常用热控涂层（白漆、镀铝膜、碳蒙皮）的5种组合方案,并量化分析了热控涂层红外发射率对蓄电池温度波动的影响。分析结果表明：降低蓄电池舱舱板内表面热控涂层红外发射率,尤其是降低蓄电池安装舱板表面的热控涂层红外发射率,可有效减小蓄电池温度波动幅度。与基准方案相比,最优组合方案能使蓄电池温度波动幅度降低50％。     

环境减灾-1B卫星红外相机的研制

红外相机是环境减灾-1B卫星上的主要载荷之一,具有近红外、短波红外、中波红外和长波红外4个探测谱段,幅宽720km、地面像元分辨率150m/300m,主要用于自然灾害、环境污染等的监测、预报、评估.红外相机的研制中,解决了高精度双面镜扫描及其定标、弱信号高增益放大及载荷轻小型化等关键技术,成功应用了多元红外探测器和空间斯特林制冷技术,中波红外和长波红外通道共用一个光路,集成到一个焦面上,由同一台斯特林制冷机制冷.其中中波红外和长波红外通道相结合,具有200～500K的大动态范围,提高了对地物热特性和火灾监测的能力.自2008年9月卫星发射以来,红外相机运行稳定,各项指标达到了研制要求,在雪灾、旱灾、火灾和秸秆焚烧、水体污染等环境灾害监测方面有较高的应用价值,已分别纳入到民政部和环保部的卫星减灾、环境监测业务化系统.     

卫星红外遥感器辐射定标光机系统 热-结构耦合变形分析

辐射定标光机系统在模拟空间环境下的热变形直接影响定标光学系统成像质量,并决定星载遥感器辐射定标试验精度。文章建立的辐射定标光机系统有限元模型,以某卫星多光谱扫描仪辐射定标试验中的实测温度变化作为温度载荷,计算和研究了该系统在真空低温环境下的热-结构耦合变形的分布情况和分布规律。结果表明:在非均匀稳态低温环境下,该系统光学支架热变形使主镜及主反射镜发生刚性位移,引起垂轴方向位移、倾斜,黑体的离焦和光学系统焦距变化;反射镜表面畸变RMS值均为1/40波长以下,可以满足实际光学系统的面形准确度要求。     

中波红外面阵遥感相机相对辐射定标方法研究

为了促进中波红外面阵遥感相机遥感数据的应用,提出了一种在轨相对辐射定标方法。该方法根据两点定标原理,以中波红外面阵遥感图像数据为基础,利用在轨其他卫星数据获得相机入瞳处辐亮度,计算出非均匀性系数,从而实现在轨相对辐射定标。它为同类红外面阵遥感相机在轨相对辐射定标提供了一种新的思路,同时也可作为星上黑体标的一种校验手段。     

双锥—圆筒红外辐射源特性的蒙特卡罗解

本文考虑了红外辐射源腔内的镜反射成份,采用镜-漫混合反射模式,用蒙特卡罗法求定空腔的定向有效发射率。在通解的数学模型基础上,还针对500K双锥-圆筒热管空腔求得其典型解,分析了空腔辐射特性与锥角的关系。利用本文提供的方法也可计算其他腔形的辐射特性。     

星载微波辐射计定标热源及其发射率测试研究

文章描述了星载微波辐射计定标源的结构与功能,介绍了应用空间反射法测试发射率的原理和方法,并对测试试验结果进行了分析讨论。     

一维综合孔径微波辐射计在轨定标方法

G矩阵反演法是一维综合孔径辐射计普遍采用的图像重构算法，其实现包含两个关键要素：系统响应G矩阵标定和有效的数值反演算法。目前，在轨运行的辐射计采用系统误差分步测量的定标方法。在G矩阵反演法和点源测量G矩阵的理论基础上，对相应点源测量试验过程和水体成像试验过程进行了介绍，并对成像精度进行了分析，验证了整体定标的可行性。接着，提出了在轨G矩阵定标方法，并分析了卫星机动对载荷的影响。相比于目前在轨应用的分步测量系统误差的定标方法，该方法利用外部定标源整体标定系统响应G矩阵，能够简化分步定标各系统参数的定标过程，实现符合设计的成像精度，为后续高精度的图像重构算法提供保证，给一维综合孔径辐射计在轨定标提供了新的思路。     

分布式守时架构下的高精度时间比对技术研究

为了实现分布式联合守时系统建立需求,设计了远程时间比对系统,包含卫星共视、卫星双向和光纤双向三种时间比对手段,系统内使用的国产化设备比对精度与进口设备相当,实现了实验室间多手段、高精度钟差测量。使用移动校准站完成了时间比对设备相对零值校准,在相距50 km的实验室间开展长达20天的时间比对,试验结果表明,三种比对手段测量得到两地钟差均值相差小于1 ns,变化趋势相同,变化幅度相近,均可以准确测量得到两地钟差。     

低温黑体自动控温新技术

工作在真空低温环境下的黑体控温系统是一种非线性、大滞后、数学模型很难建立的系统。文章通过分析系统的结构、组成和原理,选择了模糊控制和智能PID控制相结合的算法。通过分析多次的试验数据,建立并完善了模糊控制规则表。基于该算法的控温软件,实现了系统的自动控制,已服务于某型号辐射定标试验。文章最后给出的试验数据验证了控制算法的合理性,该算法加快了系统升温速度,提高了系统稳定性,取得了良好的控温效果。     

星载降水测量雷达有源定标技术研究*

针对降水测量雷达的定标需求,提出基于四个有源雷达定标器的多站有源定标方法,给出定标器布设方式,并设计有源定标时序。分析定标过程中的误差源及其对定标精度的影响,仿真验证表明,四站有源定标的波束匹配偏差定标精度优于0.01°,系统定标精度优于1dB。方法在满足高精度定标的同时,能够实现在降水观测模式下对雷达性能的评估,降低天地定标试验的复杂度。