星载太阳辐射监测仪的高精度太阳跟踪

发布时间：2020-01-29 14:19

【摘要】：由于FY-3(01)星和FY-3(02)星宽视场扫描式太阳辐射监测仪(SIM)测量时间短、精度低,本文利用FY-3(03)星SIM实现了太阳的高精度跟踪测量。首先,分析了SIM太阳跟踪精度指标、跟踪转动范围,测试并确定了数字太阳敏感器(DSS)的视场范围、频率、分辨率,标定了DSS在轨像面辐照度。为消除跟踪抖动现象,分析测试了控制时间间隔和跟踪精度的关系,确定了理想控制时间间隔为500ms。外场和在轨实验结果表明,SIM太阳跟踪精度优于±0.1°,俯仰在轨跟踪精度为0.029°,偏航在轨跟踪精度为0.025°,原始太阳总辐照度(TSI)值为1 353.1W/m2。另外,DSS太阳指向精确,跟踪控制可靠,大幅增加了TSI监测时间。FY-3(03)星SIM在太阳同步轨道卫星上实现了TSI的太阳跟踪测量,跟踪精度是国际空间站(ISS)同类载荷CPD跟踪精度的10倍。
【图文】：

动轴Ｘｍ指向卫星＋Ｘ飞行方向，俯仰轴Ｙｍ指向卫星＋Ｙ轴方向，偏航轴Ｚｍ指向卫星＋Ｚ轴方向。ＳＩＭ俯仰角定义如下：在卫星本体坐标系ＸＯＺ平面内，辐射计锥腔中心线与卫星＋Ｚ方向平行时为０°，与卫星＋Ｘ方向平行时为９０°，与卫星－Ｚ方向平行时为１８０°。ＳＩＭ偏航角定义如下：在卫星ＸＯＹ平面内，辐射计锥腔中心线与卫星＋Ｘ方向平行时为０°，与卫星＋Ｙ方向平行时为９０°，与卫星－Ｙ方向平行时为－９０°。图１ＳＩＭ结构简图Ｆｉｇ．１ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳＩＭ２．２太阳跟踪精度辐射计采用绝对式测量，以入射光和电功率加热交替定标的方式测量光辐照度的绝对量值。２４８４光学精密工程第２２卷

ＩＭ跟踪测量精确性和可靠性，选择Δθ＝０．１°，即ＳＩＭ跟踪精度指标为±０．１°。２．３跟踪转动范围ＳＩＭ在轨跟踪测量要求测量时间长，且要覆盖所有轨道。上述要求由二维转动机构的两轴转动角度范围决定，，而两轴转动角度与卫星轨道特点密切相关。ＦＹ－３（０３）太阳同步轨道卫星的轨道高度为８３１ｋｍ，轨道倾角为９８°，降交点地方时为１０：００～１０：２０。卫星轨道不同降交点地方时的β角（太阳光与卫星轨道ＸＯＺ面夹角）一年内的变化规律如图２所示，不同降交点地方时β角变化为１７°～３７°，单轨β角基本不变。卫星运行过程中太阳光、卫星和轨道面的关系如图３所示。太阳光与轨道面夹角β和偏航角Ｐｈ的绝对值相等，由偏航角的定义知Ｐｈ角为负值，即Ｐｈ＝－β，由β角的范围确定偏航方向的转动角度为－３７°～－１７°，且偏航角Ｐｈ每轨基本不变。图２卫星β角变化情况Ｆｉｇ．２Ｃｈａｎｇｅｓｏｆβｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅ图３偏航角与β角的关系Ｆｉｇ．３Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｙａｗａｎｇｌｅａｎｄβａｎｇｌｅ由于ＳＩＭ的俯仰角度越大，二维转动机构的尺寸就越大，重心越高，机械可靠性越低，并遮挡其它载荷视常综合考虑ＳＩＭ的星上安装位置和结构尺寸的要求，最终选择俯仰角为８０°～１４０°。每轨跟踪太阳时，偏航角基本不变，ＳＩＭ有效观测太阳时间取决于俯仰转动角度，由于卫星轨道周期为１０１．６４ｍｉｎ，因此ＳＩＭ的有效测量时间为（１４０°－８０°）／３６０°×１０１．６４≈


本文编号：2574389