【摘要】：全球氣候變暖、極端災(zāi)害預(yù)報等科學(xué)問題研究需要高質(zhì)量的航天遙感數(shù)據(jù)作為支撐。光學(xué)遙感載荷受發(fā)射過程及空間環(huán)境等因素影響,基準(zhǔn)溯源鏈路發(fā)生斷裂,同時現(xiàn)有在軌輻射定標(biāo)方法缺乏高精度可溯源的輻射定標(biāo)基準(zhǔn),因此無法滿足當(dāng)前定量化遙感的迫切需求。借鑒地面輻射基準(zhǔn)建立方法,提出以高精度可溯源的空間低溫輻射計作為基準(zhǔn)源,建立我國獨立自主的空間絕對定標(biāo)基準(zhǔn)系統(tǒng)。本文分析未來空間應(yīng)用需求,研究空間低溫輻射計的設(shè)計需求及不確定度分配,開展空間低溫輻射計的關(guān)鍵技術(shù)研究,并根據(jù)研究結(jié)果進行性能測試和評估。首先,分析了空間低溫輻射計的基本工作原理,研究了低溫輻射計探測器熱傳輸結(jié)構(gòu)特點,簡化探測器的三維熱傳導(dǎo)模型,求解簡化的導(dǎo)熱微分方程,進而獲得了表征低溫輻射計探測器性能的響應(yīng)度計算公式和時間常數(shù)計算模型。為實現(xiàn)探測器的光功率響應(yīng)與電加熱響應(yīng)等效,總結(jié)空間低溫輻射計的基本設(shè)計要求。建立包含漫反射、鏡面反射、衰減關(guān)系的探測器吸收比計算模型,指導(dǎo)高吸收率腔體探測器的優(yōu)化設(shè)計�？紤]定標(biāo)和冗余設(shè)計,為實現(xiàn)寬動態(tài)范圍的光輻射功率定標(biāo),設(shè)計用于太陽總量標(biāo)定的高功率腔和用于光譜輻射定標(biāo)的高靈敏度低功率腔�；跍y量影響量以及限制因素進行的分析結(jié)果,綜合考慮時間常數(shù)、吸收率、靈敏度、制冷量、制冷溫度、儀器尺寸、質(zhì)量等限制因素,總結(jié)提出空間低溫輻射計的基本設(shè)計需求。其次,給出了空間低溫輻射計原理樣機研制方案,開展了光學(xué)、結(jié)構(gòu)、電子學(xué)的詳細(xì)設(shè)計。采用斯特林型脈沖管制冷機實現(xiàn)20K溫區(qū)的低溫環(huán)境。研究了空間低溫輻射計黑體腔探測器這一核心組件,分析了黑體腔探測器表面發(fā)黑特性,設(shè)計腔型長度與開口比使吸收比優(yōu)于0.999,同時腔體吸收比的衰減比腔表面的衰減小兩個數(shù)量級。優(yōu)化黑體腔制備工藝,提高黑體腔一致性。對低溫絕對輻射探測器結(jié)構(gòu)進行分析,研究通過熱連接組件的溫控抑制斯特林型脈沖管制冷機噪聲的方法,提高黑體腔的熱環(huán)境穩(wěn)定性。研究通過光闌組件降低雜散光和熱輻射背景噪聲的方法。通過熱學(xué)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計,將黑體腔靈敏度優(yōu)化為0.4 K/mW。設(shè)計光闌組件,研究黑體腔與窗口和光闌系統(tǒng)的輻射交換。研究背景輻射交換分析及控制、電功率及溫度精密測量、高穩(wěn)定度低溫?zé)岘h(huán)境建立關(guān)鍵技術(shù)。最后,開展空間低溫輻射計性能測試及評估實驗,評定對光輻射功率測量的絕對精度,通過間接比對驗證不確定度評定結(jié)果的有效性。測試空間低溫輻射計的低溫工作環(huán)境溫度穩(wěn)定性、熱電重復(fù)性、靈敏度、激光功率測量重復(fù)性。根據(jù)《JJF 1059.1-2012測量不確定度評價與表示》,通過A類和B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成得到:空間低溫輻射計的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.029%。通過與國家基準(zhǔn)低溫輻射計的間接比對驗證不確定度評定結(jié)果。依據(jù)《JJF1117-2010計量比對》,歸一化偏差E_n=0.41,驗證了空間低溫輻射計精度評定結(jié)果的有效性。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH765.2
【圖文】：

減產(chǎn)、物種滅絕等嚴(yán)重后果。全球氣候變關(guān)注[1-4]。1992 年通過的《聯(lián)合國氣候就是力求把溫室氣體的大氣濃度穩(wěn)定在某統(tǒng)產(chǎn)生更加負(fù)面的影響，后來的《京都議定議》均是圍繞發(fā)達國家溫室氣體量化減排指題不僅僅是科學(xué)問題、環(huán)境問題，而且是著航天時代的到來，人類對地球的觀測能衛(wèi)星與航拍飛機、氣象氣球和深水探測器等圍廣、探測時間長，機動能力強等顯著優(yōu)點、防災(zāi)減災(zāi)、疫情控制、生物多樣性等關(guān)用[9-15]，如圖 1-1 所示。搭載對地遙感衛(wèi)星于監(jiān)測和預(yù)報全球環(huán)境和氣候變化有重要

可作為在軌光譜輻射基準(zhǔn)的空間低溫輻射計研究 全球氣候變化的觀測能力取決于空間光學(xué)遙感器對地球的觀題的深入研究，尤其是氣候研究領(lǐng)域，例如地球輻射收支平、災(zāi)害預(yù)報等等，需要使用橫跨數(shù)十年的穩(wěn)定遙感數(shù)據(jù)來研觀測對象的微小變化[21-22]，如圖 1-2 所示。最近幾十年政府（IPCC）研究成果已經(jīng)揭示了人為活動導(dǎo)致氣候變化的特征和中長期全球氣候和天氣變化，很多研究機構(gòu)發(fā)展了多個氣（大氣環(huán)流模型AGCM，海洋環(huán)流模型OGCM，混合環(huán)流模型模型利用云層分布、地面植被和水文結(jié)構(gòu)、反照率等衛(wèi)星遙感的全球氣溫的變化趨勢[23-27]。但是，不同模型給出的結(jié)果差別別的重要原因之一是空間光學(xué)遙感器的在軌輻射定標(biāo)精度較穩(wěn)定的高精度遙感數(shù)據(jù)[28-30]。

圖1-3傳統(tǒng)在軌輻射定標(biāo)方法igure 1-3 Traditional on-orbit radiometric calibration meth載荷對地觀測的絕對精度提高到 3%以內(nèi)甚至更高體制的輻射基準(zhǔn)源技術(shù)。理想的空間輻射基準(zhǔn)必須校準(zhǔn)能力，即能夠校正自身的變化，保證長期穩(wěn)定一種不依賴于外部基準(zhǔn)的、自校準(zhǔn)且觀測結(jié)果與載一勞永逸地解決溯源問題的理想手段。 定標(biāo)技術(shù)進展 ，美國和歐洲開始著手建立自己的可溯源至國際單位如歐空局的TRUTHS 計劃和美國 NASA 的 CLARRE

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2791782