發(fā)布時間：2017-10-04 04:24

  本文關鍵詞：地球同步軌道空間相機雜散光分析與應用技術的研究

  更多相關文章： 地球同步軌道 遮光罩 光機熱集成分析 雜散光 外熱流 溫度場 外場試驗

【摘要】：地球同步軌道的三軸穩(wěn)定衛(wèi)星的空間環(huán)境溫度復雜,其環(huán)境溫度受太陽影響,不僅隨季節(jié)變化而改變,而且同一天不同時刻也有很大差異,在空間外熱流和內(nèi)部熱源影響下,外部雜散光和儀器自身背景輻射雜散光將對相機高精度和定量化產(chǎn)生重要影響。雜散光對光學系統(tǒng)的危害性在于,降低像面的信噪比和調(diào)制傳遞函數(shù),使目標成像模糊,對比度下降,影響整個系統(tǒng)的探測或識別能力,嚴重時被探測的目標信號完全被雜散輻射噪聲所湮沒,進而致使系統(tǒng)探測到偽目標甚至導致整個系統(tǒng)失效。目前雜散光對相機探測能力的影響分析并沒有融合在光機熱集成分析手段中。因此,本課題通過采用集成分析的理念,將雜散光仿真分析與熱學仿真分析融合起來,利用隨時間變化的外熱流和非均勻溫度場來分析相機的外部雜散光和自身儀器背景輻射雜散光,進而分析相機的探測能力。該方法可縮短雜散光仿真時間,提高自身輻射雜散光計算精度,甚至可以將雜散光仿真分析完全融入于熱學分析,從而省去傳統(tǒng)雜散光仿真分析時間,將傳統(tǒng)描述光學系統(tǒng)的外部雜散光和自身儀器背景輻射雜散光,用隨時間變化的相機焦平面接收到的雜散光照度取代,并能直接輸出信雜比來評光學系統(tǒng)性能,使分析結(jié)果更直觀,使得光機熱集成分析更加全面、準確、高效。以某地球同步軌道空間相機為例,首先利用傳統(tǒng)雜光分析軟件,對該相機進行雜散光分析,計算外部雜散光的PST曲線和儀器背景輻射照度,并得到觀測點目標和觀星的信雜比。再利用熱輻射雜散光集成分析方法進行對該相機進行仿真,在現(xiàn)有熱學分析軟件基礎上,增加光譜特性模塊,將到達焦平面的外熱流,按譜段進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與存儲,直接仿真得到隨時間變化的關注波段焦面上雜散光照度。利用關注節(jié)點間的輻射傳遞因子以及熱學的溫度場分析結(jié)果,完成儀器背景輻射雜散光的仿真分析。分別得到一天內(nèi)受外熱流和儀器背景輻射引起的相機信雜比變化。相對傳統(tǒng)雜散光分析方法,熱輻射雜散光集成分析方法具有實時性和直觀性,計算結(jié)果更趨近于實際在軌情況,仿真效率和仿真精度更高。進行外場直接測試太陽雜散光試驗和儀器自身背景輻射雜散光試驗。外場直接測試太陽雜散光試驗中,采用百葉窗的設計,測試點源透過率PST在離軸角±15°以內(nèi)和仿真曲線吻合,可測PST量級達E-5,但造價遠低于實驗室PST測試設備,該方法適用于大口徑光學系統(tǒng)的雜散光測試。儀器背景輻射雜散光測試中,中波通道低溫、標準、高溫工況實驗值的信雜比分別為0.24、0.16、0.11,熱輻射雜散光集成仿真方法的信雜比分別為0.34、0.22、0.15,傳統(tǒng)雜光軟件仿真方法為0.51、0.36、0.28。集成仿真方法相對傳統(tǒng)雜光軟件仿真方法,能夠模擬隨時間變化的非均勻溫度場,仿真結(jié)果更接近于試驗實測值。針對中波通道信雜比相對較低的試驗結(jié)果,提出將所有機械框面對探測器面的涂層由比輻射率較高的黑漆改為比輻射率較低的黑鎳,用集成仿真的方法進行計算,信雜比提高20%。地球同步軌道空間相機雜散光的研究為推進空間光學遙感儀器的高分辨、定量化發(fā)展提供重要技術保障。
【關鍵詞】：地球同步軌道 遮光罩 光機熱集成分析 雜散光 外熱流 溫度場 外場試驗
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海技術物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V445.8
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-24
• 1.1 課題目的及意義11-12
• 1.2 現(xiàn)狀分析12-16
• 1.3 國內(nèi)外研究背景16-22
• 1.4 課題內(nèi)容和論文創(chuàng)新點22-24
• 2 熱輻射分析方法的研究24-45
• 2.1 總體方案24-25
• 2.2 熱輻射計算和雜散光計算中的蒙特卡洛法25-35
• 2.2.1 熱輻射計算的蒙特卡洛法26-30
• 2.2.2 雜散光計算的蒙特卡洛法30-35
• 2.3 空間相機熱分析計算35-43
• 2.3.1 幾種典型軌道35-37
• 2.3.2 軌道空間輻射外熱流計算37-40
• 2.3.3 空間相機在宇宙空間的熱平衡40-43
• 2.4 本章小結(jié)43-45
• 3 雜散光的抑制措施分析45-61
• 3.1 表面輻射傳輸方程45-46
• 3.2 常用的雜散光抑制措施46-60
• 3.2.1 遮光罩46-54
• 3.2.2 光闌54-58
• 3.2.3 涂層58-60
• 3.3 本章小結(jié)60-61
• 4 用傳統(tǒng)方法進行雜散光分析61-92
• 4.1 概述61-62
• 4.2 雜散光分析的步驟62-64
• 4.3 關鍵面、被照明面和重要面分析64-66
• 4.4 點目標特性分析66-67
• 4.4.1 太陽在相機入口處輻照度計算66
• 4.4.2 點目標在相機紅外探測器上輻照度計算66-67
• 4.4.3 7等星在相機可見探測器上輻照度計算67
• 4.5 相機點源透過率(PST)分析67-87
• 4.5.1 短波紅外通道PST計算分析68-70
• 4.5.2 中波紅外通道PST計算分析70-72
• 4.5.3 可見光通道PST計算分析72-74
• 4.5.4 可見光通道觀星定標的分析74-87
• 4.6 儀器背景輻射分析87-91
• 4.7 本章小結(jié)91-92
• 5 用熱輻射雜散光集成方法進行雜散光分析92-119
• 5.1 概述92
• 5.2 物理模型的簡化92-93
• 5.3 節(jié)點與網(wǎng)格的劃分93
• 5.4 熱網(wǎng)絡模型的建立93-94
• 5.5 空間相機熱輻射雜散光集成分析的輸入條件94-97
• 5.5.1 衛(wèi)星軌道及姿態(tài)94
• 5.5.2 熱設計邊界條件94-95
• 5.5.3 基本參數(shù)選取95-96
• 5.5.4 計算工況選擇96-97
• 5.6 基于熱輻射雜散光集成分析的雜散光計算97-116
• 5.6.1 熱輻射雜散光集成分析的外部雜散光計算97-101
• 5.6.2 熱輻射雜散光集成分析的儀器背景輻射計算101-116
• 5.7 熱輻射雜散光集成分析方法和傳統(tǒng)雜散光分析方法比較116-118
• 5.7.1 外部雜散光的比較116-117
• 5.7.2 儀器背景輻射雜散光的比較117-118
• 5.8 本章小結(jié)118-119
• 6 雜散光測量方法及試驗119-145
• 6.1 雜散光測量的主要手段119-123
• 6.1.1 點源透過率PST119-121
• 6.1.2 雜光系數(shù)121-122
• 6.1.3 雜光系數(shù)V和PST的關系122-123
• 6.2 太陽雜散光測試123-139
• 6.2.1 試驗原理和方法123-125
• 6.2.2 試驗設備125-129
• 6.2.3 試驗過程129-132
• 6.2.4 試驗數(shù)據(jù)分析132-139
• 6.3 儀器自身背景輻射雜散光測試139-143
• 6.3.1 試驗原理和方法139-140
• 6.3.2 試驗設備140
• 6.3.3 試驗過程及產(chǎn)品運行情況140-141
• 6.3.4 試驗數(shù)據(jù)分析141-143
• 6.4 本章小結(jié)143-145
• 7 總結(jié)與展望145-147
• 7.1 總結(jié)145-146
• 7.2 展望146-147
• 參考文獻147-154
• 作者簡介及在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果154

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