“晨昏星”太阳同步卫星光学系统有效载荷杂散光的分析研究

发布时间：2020-06-19 00:17

【摘要】：随着探测精度的不断提高,杂散光的抑制水平逐渐成为了制约空间光学系统探测性能的关键因素。对卫星光学系统杂散光的来源、传播方式进行建模仿真,同时进行效果评估,能够为系统整体设计提供可靠的参考依据,缩短研发周期。对此进行的分析研究可以为空间科研活动提供有效的指导,已经成为研制高精度空间光学系统的必要步骤。本文根据空间卫星载荷研制任务的需求,完成了对晨昏卫星光学载荷杂散光综合影响的建模分析。首先,对载荷轴外强杂散光源造成的杂散光进行仿真建模。利用STK软件对卫星进行全年空间轨道建模,分析太阳和月亮辐射作为强杂光源时,辐射矢量相对于卫星载荷光学系统光轴的入射角度全年变化规律。在FRED软件中分析了杂散光经卫星载荷内部结构传递后对像面探测器产生的影响,并用消光比衡量杂散光对探测器的干扰程度。经综合建模分析,轴外强杂光源在卫星载荷工作期间,遮蔽系统能够充分抑制轴外强杂光源对系统成像质量的影响,消光比达到10E-9以下。随后,针对由于大气辐射及地面散射所产生的光学载荷视场内的杂散光进行分析评估。基于MODTRAN软件的大气参数数据库,完成了卫星载荷所接收到的地气光辐亮度的建模计算。根据星载载荷的对地观测任务需求提出了改进信噪比模型。用该模型评价大气散射杂散光对卫星载荷成像质量的影响。完成了在不同的太阳天顶角和能见距离下的信噪比分析,分析结果表明,相对于不考虑大气影响的传统信噪比模型,二者的信噪比在波长较短的可见光波段差异较大达到105以上。对卫星载荷在不同太阳天顶角和能见距离下的信噪比计算结果显示卫星载荷的信噪比与太阳天顶角呈负相关,信噪比平均值由197(太阳天顶角0°)下降到113(太阳天顶角60°)。与此相反,卫星载荷的信噪比与能见距离呈正相关,信噪比平均值由43(能见距离5Km)增加至116(能见距离23Km)。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V447.1;O43
【图文】：

杂散光,位置,探测器

图 1.1 TIRS 望远镜光学系统产生杂散光位置斯特理工学院的两位热成像专家 Matthew Montanaro 和杂散光问题。他们通过对每个 TIRS 探测器的反向光线轨。TIRS 含有 1920 个探测器，为了计算每个探测器中的射数据与已知正确的大气顶辐射值进行了比较，测量出测器辐射测量值中的贡献量。Montanaro 和 Gerace 提出算每个 TIRS 探测器的杂散光信号。在进行校正后，测量到 1K，杂散光问题得到解决[13]。年发射的 James Webb 望远镜的光学系统属于空间可展直径达到了 6.5 米，由 18 片六边形子镜构成，每片子镜形子镜都配备了一套执行机构，执行机构能够精确地调整曲率，以保障望远镜具有强大的观测能力。 Goddard Space Flight Center 中心前，科研人员对 James杂散光建模和测试。其中光学模型使用 CODE V 和 ZEM FRED 软件建立的。在 FRED 光学工程软件包中，从各

杂散光,空间光学系统,认知水平,航空工业

图 1.2 James Webb 望远镜光学系统体而言，国外在杂散光软件的开发利用，杂光抑制结构的设计、制备上于领先的地位。国内研究现状国外相比，我国对杂散光的研究起始时间相对滞后。20 世纪 70 年代，以及研究所才开始对杂散光相关问题进行分析研究。十年代，航空工业部 613 所的史云飞从光学仪器加工技术方面对杂散光论分析。结合杂散光的能量传输理论，提出了抑制杂散光的几种有效方试验证明了这些方法都具有良好的杂散光抑制效果[18]。十年代，哈尔滨工业大学的龚加明等人使用 Monte-Carlo 算法自行研制软件 HITSL，并且使用该软件对某一红外波段空间光学系统的杂散光进[19]。入 21 世纪后，随着国内杂散光分析软件例如 TracePro、LightTools 和 F及，研究者对杂散光的认知水平达到了新的高度，大量关于杂散光的研

【参考文献】