【摘要】：全球氣候變暖、極端災(zāi)害預(yù)報(bào)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(shí)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(jì)作為基準(zhǔn)源,建立我國獨(dú)立自主的空間絕對(duì)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(jì)的設(shè)計(jì)需求及不確定度分配,開展空間低溫輻射計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)研究,并根據(jù)研究結(jié)果進(jìn)行性能測(cè)試和評(píng)估。首先,分析了空間低溫輻射計(jì)的基本工作原理,研究了低溫輻射計(jì)探測(cè)器熱傳輸結(jié)構(gòu)特點(diǎn),簡化探測(cè)器的三維熱傳導(dǎo)模型,求解簡化的導(dǎo)熱微分方程,進(jìn)而獲得了表征低溫輻射計(jì)探測(cè)器性能的響應(yīng)度計(jì)算公式和時(shí)間常數(shù)計(jì)算模型。為實(shí)現(xiàn)探測(cè)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(jì)的基本設(shè)計(jì)要求。建立包含漫反射、鏡面反射、衰減關(guān)系的探測(cè)器吸收比計(jì)算模型,指導(dǎo)高吸收率腔體探測(cè)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)�？紤]定標(biāo)和冗余設(shè)計(jì),為實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍的光輻射功率定標(biāo),設(shè)計(jì)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(cè)量影響量以及限制因素進(jìn)行的分析結(jié)果,綜合考慮時(shí)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(jì)的基本設(shè)計(jì)需求。其次,給出了空間低溫輻射計(jì)原理樣機(jī)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(jì)。采用斯特林型脈沖管制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)20K溫區(qū)的低溫環(huán)境。研究了空間低溫輻射計(jì)黑體腔探測(cè)器這一核心組件,分析了黑體腔探測(cè)器表面發(fā)黑特性,設(shè)計(jì)腔型長度與開口比使吸收比優(yōu)于0.999,同時(shí)腔體吸收比的衰減比腔表面的衰減小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。優(yōu)化黑體腔制備工藝,提高黑體腔一致性。對(duì)低溫絕對(duì)輻射探測(cè)器結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(jì),將黑體腔靈敏度優(yōu)化為0.4 K/mW。設(shè)計(jì)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(cè)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(jì)性能測(cè)試及評(píng)估實(shí)驗(yàn),評(píng)定對(duì)光輻射功率測(cè)量的絕對(duì)精度,通過間接比對(duì)驗(yàn)證不確定度評(píng)定結(jié)果的有效性。測(cè)試空間低溫輻射計(jì)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(cè)量重復(fù)性。根據(jù)《JJF 1059.1-2012測(cè)量不確定度評(píng)價(jià)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(jì)的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.029%。通過與國家基準(zhǔn)低溫輻射計(jì)的間接比對(duì)驗(yàn)證不確定度評(píng)定結(jié)果。依據(jù)《JJF1117-2010計(jì)量比對(duì)》,歸一化偏差E_n=0.41,驗(yàn)證了空間低溫輻射計(jì)精度評(píng)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(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(dá)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(shí)代的到來，人類對(duì)地球的觀測(cè)能衛(wèi)星與航拍飛機(jī)、氣象氣球和深水探測(cè)器等圍廣、探測(cè)時(shí)間長，機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn)、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(duì)地遙感衛(wèi)星于監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)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(jì)研究 全球氣候變化的觀測(cè)能力取決于空間光學(xué)遙感器對(duì)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(bào)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(cè)對(duì)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(dòng)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(jī)構(gòu)發(fā)展了多個(gè)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(shì)[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(duì)地觀測(cè)的絕對(duì)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(cè)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(jìn)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(jì)劃和美國 NASA 的 CLARRE

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐娜;吳榮華;胡秀清;陳林;王玲;孫凌;;FY-3C MERSI反射波段在軌寬動(dòng)態(tài)綜合輻射定標(biāo)方法[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2015年12期

2 衣小龍;楊振嶺;葉新;王凱;方偉;王玉鵬;;低溫輻射計(jì)斜底腔吸收比測(cè)量[J];光學(xué)精密工程;2015年10期

3 王玉鵬;胡秀清;王紅睿;葉新;方偉;;可在軌溯源的太陽反射波段光學(xué)遙感儀器輻射定標(biāo)基準(zhǔn)傳遞鏈路[J];光學(xué)精密工程;2015年07期

4 夏志偉;王凱;方偉;王玉鵬;;基于航天單色儀的在軌輻射定標(biāo)應(yīng)用與發(fā)展[J];光學(xué)精密工程;2015年07期

5 韓杰;謝勇;顧行發(fā);余濤;劉其悅;高榮俊;;基于改進(jìn)型反射率基法的資源三號(hào)衛(wèi)星多光譜相機(jī)在軌輻射定標(biāo)研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2015年03期

6 薛闖;;空間紅外光學(xué)遙感器輻射定標(biāo)技術(shù)綜述[J];中國科技信息;2014年22期

7 李振旺;劉良云;張浩;張九星;李緒志;;天宮一號(hào)高光譜成像儀在軌輻射定標(biāo)與驗(yàn)證[J];遙感技術(shù)與應(yīng)用;2013年05期

8 岳平;張強(qiáng);趙文;王勁松;王潤元;姚玉壁;王勝;郝小翠;陽伏林;王若安;;云和降水?dāng)_動(dòng)對(duì)黃土高原半干旱草地輻射收支及能量分配的影響[J];物理學(xué)報(bào);2013年20期

9 郭強(qiáng);陳博洋;楊昌軍;馮絢;;風(fēng)云二號(hào)衛(wèi)星水汽波段在軌輻射定標(biāo)新方法[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2012年06期

10 李立娟;王斌;;兩種對(duì)流參數(shù)化方案對(duì)輻射能量收支的影響研究[J];氣象學(xué)報(bào);2009年06期

本文編號(hào)：2791782