空间绝对辐射定标基准辐射计测量方法和关键技术研究

发布时间：2019-09-18 07:17

【摘要】：受发射过程和空间环境影响,目前空间辐射定标方法的辐射标度不能溯源至国际单位制(SI),难以满足空间遥感辐射定标精度的迫切需求。以太阳为定标光源,研究基于空间应用的绝对辐射定标基准辐射计(Absolute Radiance Calibration Primary Radiometer,ARCPR)的探测器定标方法,可以大幅度提高空间辐射定标精度,辐射标度传递链路可直接溯源至SI,对建立我国独立自主的空间辐射定标基准,提高我国空间遥感辐射定标水平具有重要意义。ARCPR是低温20K运行的空间低温辐射计,以测量太阳总辐照度的TSI腔作为辐射基准探测器。受测量周期限制,地基低温辐射计的测量方法不适用于在轨运行的TSI腔。有必要研究适用于空间低温辐射计的测量方法,在保证测量精度的前提下缩短测量周期。首先,简要介绍ARCPR测量原理、原理样机的结构,研究探测器组件的热电模型。通过求解热平衡方程获得TSI腔和热沉的温度动态响应。设计低温真空环境下的热电实验,验证热电模型的正确性,并研究探测器组件的灵敏度、热时间常数(τ)等特性参数。理论分析与实验结果说明:热沉温度的变化导致TSI腔温度动态响应具有双e指数的形式,并且平衡温度与电加热功率的响应关系是非线性的,为测量方法和热沉温控研究提供理论基础和实验依据。其次,基于TSI腔温度动态响应模型研究的理论基础,提出预测平衡温度、动态修正灵敏度的测量方法。研究使用高精度快速测量方法的关键问题,提出并测量光电不等效响应时间,分析开、关快门时刻产生温度脉冲的原因。构建测量方法实验特性研究的虚拟实验平台,研究补偿温度脉冲及提高平衡温度预测精度的方法,将测量周期优化为6τ。同时,激光功率测量比对结果说明:通过动态修正灵敏度,补偿了灵敏度的非线性误差。研究结果指出:该方法具有测量周期短、精度高的特点。最后,介绍ARCPR原理样机研制中若干关键技术研究。根据辐射功率测量链,分析等效电功率测量的不确定度需求,详细研究等效电功率测量的影响量,提出等效电功率高精度测量的解决方案。改进黑体腔吸收比测量方法,用平均吸收比表征黑体腔的实际吸收比。实验结果得到:TSI腔的平均吸收比高达0.999928±0.000006,并且斜底面结构提高了黑体腔吸收比的均匀性,可以作为ARCPR的辐射基准探测器。介绍高精度热环境控制关键技术研究。建立控制模型,设计控制算法,并通实验研究高精度热环境控制系统的关键问题。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP73

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