星载高精度偏振扫描仪热控设计与验证

偏振扫描仪安装于卫星对地板,周围有其他载荷的遮挡,热环境复杂,是卫星热控设计的难点。文章根据扫描仪不同部组件的控温要求设计热控方案,包括:主光学组件与框架隔热并包覆多层隔热组件;红外探测器热沉、头部电路盒分别设计独立的散热路径,通过外贴热管连接辅助散热板散热;结合电加热主动控温;在主要部位安装隔热垫。该热控方案已通过热平衡试验在地面的考核验证,在轨遥测数据显示:主光学组件温度控制在(16±1)℃,头部电路盒温度控制在6~8℃,红外探测器热沉温度控制在(-22±1)℃,满足扫描仪各项温度指标要求。以上表明该热控方案合理有效,对同类型光学载荷的热控设计及优化具有借鉴意义。

多偏振方向高精度快速定位技术研究

根据偏振图像采集处理系统的要求,对多偏振方向高精度快速定位技术展开了研究,测试了步进电机的速度和精度。构建一个实验环境,实验表明多偏振方向高精度快速定定位技术的可行性。

天宫二号完成高精度伽马射线暴偏振探测

中国载人航天工程办公室近日透露,天宫二号空间实验室搭载的伽马暴偏振探测仪(简称“天极”望远镜)已完成伽马射线暴瞬时辐射的高精度偏振探测,实现预定科学目标,相关成果于1月14曰在线发表在国际重要学术期刊《自然·天文学》上。

基于偏最小二乘回归的高精度同步时钟

为提高同步时钟的稳定性与精确度,提出了一种基于偏最小二乘回归(PLSR)的高精度同步时钟产生方法。该方法首先将卫星时钟和晶振时钟偏差方程的非线性关系转化为拟线性关系,然后对方程进行PLSR建模,得到晶振时钟误差估计值。当卫星时钟工作正常时,根据误差估计值修正晶振的频率,对晶振时钟的累计误差实时主动补偿,继而产生高精度同步时钟;当卫星时钟失效时,由晶振时钟参考失效前的误差估计值提供高精度同步时钟。仿真结果表明,该方法产生的同步时钟具备高精度、高稳定性的优点,在卫星时钟失效一段时间后仍可输出稳定性好的高精度时间同步信号。

高精度时钟抗光纤振动传输技术

光纤是远距离传输时钟信号的重要途径之一,光纤振动会对光纤的偏振模色散产生变化,从而影响时钟信号的传输性能。为了降低光纤振动对时钟传输的影响,详细分析了光纤振动对时钟信号传输劣化的原因,提出了一种新的抗光纤振动传输技术方案,并通过实验方法验证了该技术方案可以改善相位噪声10~15 dB。

星载“偏振交火”传感器设计及初步在轨应用

针对近地表细颗粒物含量的卫星遥感精度问题,系统提出了“偏振交火”的卫星遥感策略和模型,开发了高精度偏振扫描仪(POSP)和多角度偏振成像仪(DPC)双偏振载荷套件,装载在大气环境监测卫星上并成功发射。本文在介绍“偏振交火”原理的基础上,系统论述了载荷工程的实现方法和在轨应用方法,初步展示和评估了在轨应用效果。在轨初步应用结果显示:双偏振载荷间能够实现稳定交火工作,视场匹配精度优于0.077 POSP像元;基于L1级数据初步开展了双偏振载荷间的辐射和偏振交叉定标/验证,共有波段拟合优度(R2)分别达到0.999和0.993;基于“偏振交火”载荷观测数据融合反演的近地表PM_(2.5)与地基网络监测结果的相关性为0.684,偏差落在期望误差(EE)范围内的比例为88.36%。初步在轨结果达到了预期应用目标,显示了“偏振交火”方案在气溶胶污染监测方面的应用潜力。

大气环境监测卫星双偏振仪器校飞验证

同一卫星观测平台上的不同偏振遥感器,可通过数据融合获取更高质量的探测结果。基于该设想,搭建了由高精度偏振扫描仪(POSP)和同时偏振相机(SIPC)构成的同平台偏振仪器航空验证系统,并完成了飞行实验。文章系统阐述了其系统构成、数据预处理、视场匹配和交叉定标方法,评估并展示了部分航空验证结果。结果表明:POSP和SIPC视场匹配误差约为0.12个POSP像元;通过偏振交叉定标、均匀陆地地表这2个仪器辐亮度偏差为2.54%,偏振度偏差为0.013,验证了双偏振仪器探测数据的有效性和交叉定标的可行性。为星载偏振交火探测系统设计、数据预处理、偏振交叉定标方法和在轨应用评价等提供了依据和支持。

高精度连续动态激光能量衰减装置设计及其标定方法

在激光制导武器对抗半实物仿真时,需要对激光能量进行连续动态衰减,力求真实模拟外场激光能量的变化。根据激光的偏振性特点,设计了高精度连续动态激光能量衰减装置。介绍了装置组成、工作原理。通过旋转该装置中的格兰棱镜,可以实现大范围、高速度、可控连续动态的激光能量衰减。而要实现高精度的激光能量衰减,需要对格兰棱镜转动角度和系统衰减倍率的对应关系进行标定。给出了单光路标定和分光束标定两种不同的标定方案,并用分束光路标定方案完成了标定及精度检测。检测结果显示,该装置可满足激光制导武器对抗半实物仿真中对激光能量精确衰减的要求。

通道式偏振遥感器偏振解析方向测量误差分析及验证

通道式遥感器的偏振测量核心部件通常是相似的,即不同偏振解析方向的检偏器组合进行探测。同一系统中不同偏振解析方向之间的相对角度误差成为影响偏振遥感探测精度的重要因素之一。文中对该相对角度误差的影响以及提高测量精度的方法进行了研究。首先,分析了相对角度误差对偏振测量精度的影响;其次,对测量过程中存在的误差源进行了仿真分析及实验对比分析,根据该设计具体的实验参数和实验方法,验证仿真结果的正确性;最后,通过通道式遥感器偏振实测结果验证其测量的可靠性。系统偏振度测量值与可调偏振度光源输出的偏振度参考值比对,最大平均偏差为0.735 3%;与CE318测量比对的最大平均偏差为0.036。实验结果满足实际使用的偏振测量精度要求,说明偏振解析方向测量方法选择合理,可以为偏振遥感器的装调和高精度定标提供参考。

用Stokes参量法研究角锥棱镜的偏振特性

角锥棱镜的偏振特性会产生退偏效应影响免调试固体激光器的输出质量和效率,也可以实现相干互注入用于激光合成领域。无论是光的合成还是退偏效应的消除,都需要有精确的偏振特性数据。利用解析几何和光线追迹法从理论上推导出角锥六种光回路的Mueller偏振变换矩阵。为了提高测量精度和稳定性,设计了一种动态检测Stokes参量的方法,通过实验获得角锥棱镜六种传输光路的高精度数据,实验与理论的误差率为4.470%,误差在合理范围内,可以确定其偏振特性。所做研究将有助于消除角锥棱镜的退偏效应,提高免调试固体激光器等设备的性能,提高激光合成效率和质量。

非连续大气偏振观测精密控制系统设计

为观测大气中性区域的偏振特性,获取大气偏振STOKES参量,为大气偏振观测系统设计了一种高精度精确定位观测控制系统。该系统利用位置式高精度角度编码器,实现对大气观测系统的位置高精度测量,通过对观测系统的方位与俯仰控制对象传递函数的测量,并采用PID控制策略,对观测系统的位置和速度实现了高精度双闭环控制,并进行了相关实验验证,结果表明,该精密控制系统运行位置伺服精度在0.002°范围内,满足大气偏振观测系统定位测量要求。

同平台双偏振仪器地理定位及校正方法

在同一平台利用两种或以上不同偏振载荷进行联合观测,通过融合反演实现优势互补,可获取更高精度和质量的数据产品。若要实现两偏振载荷的联合探测和交叉定标系数传递,两者的视场匹配是需要解决的关键问题之一,为此搭建了基于高精度偏振扫描仪和同时偏振相机的航空验证系统,并开展了飞行验证实验。根据双偏振仪器观测几何和空间响应特性,通过坐标变换分别建立了观测像元与地理空间位置的对应模型,通过全球数字高程模型和仪器偏心校正对定位结果进行修正,分析了影响地理定位精度的误差源,建立了基于蒙特卡洛法的误差统计模型并完成了仿真计算。将该方法应用于机载同时偏振相机和高精度偏振扫描仪地理定位,分析了视场匹配后两仪器辐亮度和偏振度测量结果的一致性。结果表明采用该方法完成地理空间位置匹配后,双偏振仪器获取的偏振度偏差小于2%,辐亮度偏差小于5%,证明了该地理定位及校正方法的可行性与有效性,为后续星载偏振交火探测地理定位的处理提供了有效途径。

保偏光纤偏振特性自动测试系统的设计与实现

首先介绍了保偏光纤偏振特性的基本测试原理,给出了高精度检偏系统的系统结构,着重介绍了模拟检测电路和基于DSP(DigitalSignalProcessor)与FPGA(FieldProgrammableGateArray)的数字处理电路并给出了电路结构框图,最后对实验数据进行了精度分析。

非偏振大角度高精度减反膜的设计

对“Needle”法提出了一种更直观 ,物理上更容易理解的推导方式 ,对其中的相关问题作出了详细推导 。

高精度丝径测量中的偏振效应

本文主要研究光束偏振方向对高精度丝径测量的影响,将给出简要的实验结果:钢丝直径的实测值随光振动方向与细丝轴线的夹角呈正弦变化;振动平行细丝轴线的偏振光的实测值比垂直的小0.36μm;钢质狭缝宽度测量结果则与钢丝情况相反。在此基础上着重对这种影响进行了理论分析。计及细丝表面反射和不同偏振方向光波反射时产生的不同位相变化,细丝的夫琅和费衍射图也发生了微小的改变,致使直径测量值不同。由此对钢丝的分析表明：光振动平行千丝轴时的直径理论值比季直的小 0.33μm，与实验值 0．36μm。相差 0．03μm；光振动平行缝边时的宽匿理论值比垂直的大0．19μm，与其实验值0．21μm相差0，02μm。它们都接近或小于仪器的测量误差0．04μm，理论与实验符合得很好．

薄角膜高眼压症患者的OCT、GDxVCC检测与分析

目的研究薄角膜高眼压症患者视盘周围视网膜神经纤维层(RNFL)光学相干光断层扫描(OCT)、偏振激光扫描仪联合个体化角膜补偿技术(GDxVCC)的参数特点。方法收集2010年9月至2011年9月在上海交通大学医学院附属仁济医院眼科门诊就诊的高眼压患者38例(38只眼)的病例资料做回顾性研究。把中央角膜厚度(CCT)高于中国人角膜厚度平均值(≥555μm)[1]共11只眼,分为组1。把CCT低于中国人角膜厚度平均值(<555μm)共27只眼,根据其CCT分为2组:组2(520μm≤CCT<555μm)和组3(CCT<520μm),比较分析3组眼压和视盘周围RNFL厚度等相关检查结果。结果 3组患者的OCT和GDxVCC检测参数包括Savg、Iavg、Avg.Thick、SA、IA、TSNIT、NFI比较,无显著性差异(P>0.05)。所有27例薄角膜高眼压患者(CCT<555μm)的视网膜神经纤维层缺损(RNFLD),以下方象限局限性缺损多见。盘沿面积(mm2)与RNFL平均厚度(μm)呈直线相关。结论 OCT和GDxVCC能对薄角膜高眼压患者视盘及RNFL做出定量测量和分析,在高眼压的诊断中有重要意义。而对于薄角膜高眼压患者,其角膜厚度水平与RNFLD程度无明显相关。

基于光学超晶格的高精度偏振控制技术

光学偏振反映了电磁场矢量的本质，如何有效操纵光的偏振是一个古老而又基本性的课题。最近，我们首次把此课题引入到一种周期性畴反转铁电材料——光学超晶格中。光学超晶格就像一个“偏振魔法箱”，能够通过电场灵活地操作出射光的偏振态。为了清楚描述光场偏振态随电场的演化过程，使用“庞加莱球”来观察偏振态的演化轨迹。

天宫二号完成高精度伽马射线暴偏振探测

日前,中国载人航天工程天宫二号空间实验室搭载的伽马暴偏振探测仪(简称“天极”望远镜)完成了伽马射线暴瞬时辐射的高精度偏振探测,实现了预定的科学目标,相关成果于2019年4月14日在线发表在国际重要学术期刊《自然·天文学》(Nature· Astronomy )。

大气环境监测卫星方案设计与技术特点

大气环境监测卫星(DQ-1)是国家民用空间基础设施中长期发展规划中的科研卫星,其运行于705 km高度的太阳同步轨道,装载大气探测激光雷达(ACDL)、高精度偏振扫描仪(POSP)、多角度偏振成像仪(DPC)、紫外高光谱大气成分探测仪(EMI)及宽幅成像光谱仪(WSI)等5台遥感仪器,通过主动激光与被动高光谱、多光谱、多角度、偏振等手段结合,实现对大气CO_(2)、细颗粒物、污染气体、云和气溶胶等要素,以及对大气环境、水环境和生态环境等进行大范围、连续、动态、全天时的综合监测;卫星CO_(2)柱浓度探测精度优于1×10^(-6),为国际最高。卫星入轨后各分系统工作正常,在轨测试结果均满足要求,能够进一步提升我国大气环境综合监测、全球气候变化和农作物估产、农业灾害等应对能力,推动生态环境、气象、农业农村等领域遥感应用。本文概述了DQ-1卫星的总体设计方案,总结了卫星的主要技术特点及创新点,介绍了卫星系统在轨测试情况,并对卫星的应用前景进行了展望。

基于傅里叶变换的强度调制型光谱偏振分析仪

为了获得更高精度的目标光谱偏振特性,结合现有的标准探测器技术与偏振探测技术原理,研制了一种光谱偏振分析仪。采用连续等角度间隔旋转检偏器对目标信号进行强度调制,通过傅里叶级数算法能够显著降低检偏器定位误差引起的偏振度测量不确定度。利用优化设计的测量主光路和大动态范围线性优良的标准陷阱探测器,保证了偏振度测量精度。利用可更换窄带滤光片实现了光谱偏振度测量。经实验验证,在0.1~0.99偏振度的范围内,光谱偏振分析仪的测量不确定度为0.15%。