【摘要】：由于FY-3(01)星和FY-3(02)星寬視場(chǎng)掃描式太陽(yáng)輻射監(jiān)測(cè)儀(SIM)測(cè)量時(shí)間短、精度低,本文利用FY-3(03)星SIM實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)的高精度跟蹤測(cè)量。首先,分析了SIM太陽(yáng)跟蹤精度指標(biāo)、跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)范圍,測(cè)試并確定了數(shù)字太陽(yáng)敏感器(DSS)的視場(chǎng)范圍、頻率、分辨率,標(biāo)定了DSS在軌像面輻照度。為消除跟蹤抖動(dòng)現(xiàn)象,分析測(cè)試了控制時(shí)間間隔和跟蹤精度的關(guān)系,確定了理想控制時(shí)間間隔為500ms。外場(chǎng)和在軌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,SIM太陽(yáng)跟蹤精度優(yōu)于±0.1°,俯仰在軌跟蹤精度為0.029°,偏航在軌跟蹤精度為0.025°,原始太陽(yáng)總輻照度(TSI)值為1 353.1W/m2。另外,DSS太陽(yáng)指向精確,跟蹤控制可靠,大幅增加了TSI監(jiān)測(cè)時(shí)間。FY-3(03)星SIM在太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)了TSI的太陽(yáng)跟蹤測(cè)量,跟蹤精度是國(guó)際空間站(ISS)同類載荷CPD跟蹤精度的10倍。
【圖文】：

動(dòng)軸Ｘｍ指向衛(wèi)星＋Ｘ飛行方向，俯仰軸Ｙｍ指向衛(wèi)星＋Ｙ軸方向，偏航軸Ｚｍ指向衛(wèi)星＋Ｚ軸方向。ＳＩＭ俯仰角定義如下：在衛(wèi)星本體坐標(biāo)系ＸＯＺ平面內(nèi)，輻射計(jì)錐腔中心線與衛(wèi)星＋Ｚ方向平行時(shí)為０°，與衛(wèi)星＋Ｘ方向平行時(shí)為９０°，與衛(wèi)星－Ｚ方向平行時(shí)為１８０°。ＳＩＭ偏航角定義如下：在衛(wèi)星ＸＯＹ平面內(nèi)，輻射計(jì)錐腔中心線與衛(wèi)星＋Ｘ方向平行時(shí)為０°，與衛(wèi)星＋Ｙ方向平行時(shí)為９０°，與衛(wèi)星－Ｙ方向平行時(shí)為－９０°。圖１ＳＩＭ結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳＩＭ２．２太陽(yáng)跟蹤精度輻射計(jì)采用絕對(duì)式測(cè)量，以入射光和電功率加熱交替定標(biāo)的方式測(cè)量光輻照度的絕對(duì)量值。２４８４光學(xué)精密工程第２２卷

ＩＭ跟蹤測(cè)量精確性和可靠性，選擇Δθ＝０．１°，即ＳＩＭ跟蹤精度指標(biāo)為±０．１°。２．３跟蹤轉(zhuǎn)動(dòng)范圍ＳＩＭ在軌跟蹤測(cè)量要求測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，且要覆蓋所有軌道。上述要求由二維轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍決定，，而兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度與衛(wèi)星軌道特點(diǎn)密切相關(guān)。ＦＹ－３（０３）太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星的軌道高度為８３１ｋｍ，軌道傾角為９８°，降交點(diǎn)地方時(shí)為１０：００～１０：２０。衛(wèi)星軌道不同降交點(diǎn)地方時(shí)的β角（太陽(yáng)光與衛(wèi)星軌道ＸＯＺ面夾角）一年內(nèi)的變化規(guī)律如圖２所示，不同降交點(diǎn)地方時(shí)β角變化為１７°～３７°，單軌β角基本不變。衛(wèi)星運(yùn)行過(guò)程中太陽(yáng)光、衛(wèi)星和軌道面的關(guān)系如圖３所示。太陽(yáng)光與軌道面夾角β和偏航角Ｐｈ的絕對(duì)值相等，由偏航角的定義知Ｐｈ角為負(fù)值，即Ｐｈ＝－β，由β角的范圍確定偏航方向的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為－３７°～－１７°，且偏航角Ｐｈ每軌基本不變。圖２衛(wèi)星β角變化情況Ｆｉｇ．２Ｃｈａｎｇｅｓｏｆβｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅ圖３偏航角與β角的關(guān)系Ｆｉｇ．３Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｙａｗａｎｇｌｅａｎｄβａｎｇｌｅ由于ＳＩＭ的俯仰角度越大，二維轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸就越大，重心越高，機(jī)械可靠性越低，并遮擋其它載荷視常綜合考慮ＳＩＭ的星上安裝位置和結(jié)構(gòu)尺寸的要求，最終選擇俯仰角為８０°～１４０°。每軌跟蹤太陽(yáng)時(shí)，偏航角基本不變，ＳＩＭ有效觀測(cè)太陽(yáng)時(shí)間取決于俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)角度，由于衛(wèi)星軌道周期為１０１．６４ｍｉｎ，因此ＳＩＭ的有效測(cè)量時(shí)間為（１４０°－８０°）／３６０°×１０１．６４≈


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