小型准直式红外地球模拟器研究

地球模拟器是卫星姿态测量控制关键部件—摆动扫描式红外地球敏感器的一种重要地面模拟试验与精度标定仪器。本文针对卫星同步轨道高度(35786km),采用准直式方案,研制了一种口径为Φ150mm的准直式红外地球模拟器,它能提供17.46°的地球张角,实现了地面上模拟卫星在太空中所看到的地球。文中详细介绍了准直式红外地球模拟器的组成和总体结构,采用红外光学技术,设计了锗准直透镜,通过理论分析得出地球光阑、热地球位置和大小与地球张角、锗准直透镜光学参数之间的关系,为地球模拟器的研制提供了设计依据。地球张角是衡量地球模拟器精度的指标,通过实验对地球张角进行了测试,结果表明地球张角误差小于±0.05°。

Offner型凸面光栅宽动态范围辐射定标光源设计

为满足在各种谱线分布下对遥感仪器的光谱辐射定标,减小辐射定标光源对空间光学遥感仪器定标系数的影响,解决目前辐射定标光源光谱模拟精度低、光谱动态调节范围小的技术难题,本文从光谱叠加理论出发,根据多光谱合成原理,提出一种凸面光栅的Offner型宽动态范围辐射定标系统的设计方法。通过推导Offner型光谱成像光学结构的消像散条件,设计了一种柱面镜Offner型光谱成像光学系统,实现了宽光谱光束的精确细分,建立了数字微镜与其阵列面空间光谱辐射分布的映射关系。利用数字微镜的空间光调制特性,实现了辐射定标光源光谱分布大动态范围模拟。实验表明,辐射定标光源相邻单位阵列微镜的输出光谱峰值间隔小于0.5 nm,3种典型色温T=3000 K、T=5000 K和T=7000 K光谱模拟精度分别为5.2%、4.1%和3.2%。本文提出的设计方法有效提高了辐射定标光源的光谱模拟精度,减小了光谱不匹配对空间光学遥感仪器定标系数的影响。

便携式双目地球模拟技术

针对风云二号卫星上的自旋扫描地球敏感器进行整机实验的需求,提出了一种新型便携式双目地球模拟器。介绍了模拟器的系统组成、总体结构和工作原理,着重对关键技术进行了论述,分别叙述了地球弦宽和辐射亮度的计算过程;热地球和光学调制器的设计过程。测试结果表明:温度控制精度达到0.10℃,调制频率控制精度达到0.1 Hz,采用模拟器对敏感器进行了仿真实验,其输出信号与在外太空的工作状态波形基本吻合。

大视场高精度紫外地球模拟器光学系统设计

静态紫外地球模拟器通过性能测试和精度标定,对紫外地球敏感器自身姿态测量的精度起决定性作用。结合静态紫外地球模拟器的组成与工作原理,分析并选取了七片透镜组作为初始结构;结合地球模拟器光学系统的技术要求,分析确定了畸变的像差容限,利用ZEMAX软件对静态紫外地球模拟器光学系统进行优化,并分别对40°和17.46°的视场角进行像质评价,经优化后的光学系统最大场曲约为0.12 mm,相对畸变小于0.25%,平行度误差优于9.4″,视场角为40°和视场角为17.46°时地球张角误差分别为0.016 391°和0.016 51°,对实现卫星高精度自主导航具有一定的现实意义。

红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法

为解决扫描镜摆角实时动态非接触测量问题，基于激光检测技术和CCD探测技术，提出一种红外地球敏感器扫描镜摆角激光动态测试方法，并研制了扫描镜摆角动态测试系统，其可实现扫描镜的摆动频率、零位角、幅值、峰峰值平均等参量的动静态激光非接触测量。介绍了系统的组成和总体结构，着重对扫描镜摆角动态测量理论和大视场、大相对孔径特殊线性扫描光学系统的设计方法进行了分析与探讨，通过建立系统的数学模型，解决了测量数据误差修正与图形处理问题。对测量系统的精度进行了验证，结果表明系统的摆角测量范围为0～±12°，分辨力为0．01°，动静态测量精度优于±0．04°。