空间遥感器CCD模块热设计与仿真分析

某星载差分吸收光谱仪是一种高精度的空间光学遥感器,利用成像光谱仪成像到电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)面阵探测器,获取高光谱、高空间分辨率的光谱信息。由于采用了多块CCD作为关键的探测器,CCD模块的温度水平、波动范围和速率、每轨温度波动及温度梯度对仪器的正常工作与测量精度有较大影响,温控指标要求较高。由于光机结构紧凑复杂,且需兼顾光路系统的温度要求,导致CCD模块的散热成为整个系统中的难点。综合分析了该太阳同步轨道载荷的外热流变化情况,针对CCD模块的结构布局特点及热耗分布情况,为满足探测器对温度环境的要求,提出了被动热控为主,主动热控为辅的设计方案;利用I-DEAS/TMG热分析软件对光谱仪CCD模块的在轨温度水平进行了仿真计算,得到典型工况下各CCD散热环节的温度分布及温度波动情况;计算结果显示:紫外光通道CCD发热面温度在22℃以下,可见光通道CCD发热面温度在15℃以下,每轨温度波动在2℃以内。光学箱侧板温度较均匀,设计的导热路径合理有效,能够将CCD模块热耗及时排散,同时将CCD发热面温度控制在较好的范围内。结果满足指标要求,热设计合理可行。     

非制冷红外探测器陶瓷封装结构优化及可靠性分析

陶瓷封装是非制冷红外探测器最主流的封装形式,封装的低成本、小型化和高可靠性是发展方向。在某款陶瓷封装探测器结构的基础上,提出一种优化结构,优化后成本降低约5%、体积缩小约30%。基于ANSYSWorkbench有限元分析软件,从网格数量无关性验证出发,分析了非制冷红外探测器陶瓷封装原始结构和优化结构各组件在10.2G随机振动环境和500g半正弦波冲击振动环境的最大等效应力和最大形变,结果显示两种结构均满足可靠性要求。在此基础上,本文对优化结构红外窗口的不同材料和不同厚度进行了500g半正弦波冲击振动环境可靠性仿真,结果表明：0.3 mm～1.0 mm厚度锗窗口和硅窗口均满足可靠性要求,最大等效应力和最大形变与窗口厚度呈负相关,相同厚度的红外窗口,硅窗口比锗窗口可靠性表现更好。本文的研究为非制冷红外探测器陶瓷封装形式的后续结构设计和仿真计算提供了参考。     

单光子雪崩二极管的被动-主动混合抑制技术

采用主动快恢复技术,设计了缩短死时间的被动-主动相结合的抑制电路,制作出高量子效率、低噪声、死时间短的单光子探测器,探测器的死时间由原来的大于2μs缩短为小于100ns,计数率达到5 MHz以上.利用TAC/MCA技术对单光子雪崩二极管(SPAD)输出信号进行了光子自相关测量,研究了2个相邻单光子计数脉冲时间分布统计效应,直接观测到了采用被动-主动混合抑制技术后死时间的改善.     

星载差分吸收光谱仪热设计与试验研究

星载差分吸收光谱仪是一种高精度的空间光学遥感器,基于被动DOAS技术,利用成像光谱仪获取高光谱、高空间分辨率的光谱信息。载荷的温度水平、温度波动范围对仪器的正常工作与测量精度有较大影响,温控指标要求较高。由于光机结构紧凑复杂,且需兼顾光路系统的温度要求,导致局部散热成为整个系统中的难点。为满足探测器对温度环境的要求,本文针对仪器的结构布局特点及热耗分布情况,提出了被动热控为主,主动热控为辅的设计方案;利用I-DEAS/TMG热分析软件对光谱仪的在轨温度水平进行了仿真计算,得到典型工况下各散热环节的温度分布及温度波动情况。仪器进行了整机热平衡试验,验证了热设计的合理性,并将试验结果与热分析结果进行了对比。试验结果表明：光谱仪各部件温度均能够满足指标要求,热设计合理可行。     

长波QWIP-LED量子阱红外探测器杜瓦研制

在用于封装长波QWIP-LED量子阱探测器的杜瓦研制中,详细阐明了一种用于封装长波QWIP-LED量子阱红外探测器的结构,结构采用侧罩式设计,光信号从红外窗口进入,近红外窗口透出,提出了一种探测器胶接在管座上,管座整体再螺接在冷头的方法,提高探测器的互换性,通过热适配设计,降低低温应力对探测器影响,选择低冷损的TC4材料,降低杜瓦漏热,基本解决了长波QWIP-LED量子阱探测器杜瓦组件的关键技术,性能指标达标,成像效果良好,达到工程封装要求。     

"GF-5"卫星差分吸收光谱仪热控设计及验证

差分光谱仪是一种基于空间测量的精密光学仪器,整个寿命周期内对光机系统及探测器有较高的温度稳定性要求。为保证光路的精度,需要光学安装板 温度梯度小于2℃;为降低温度波动对信号的干扰,整轨温度波动要求小于2℃。光谱仪周边有多台载荷不同程度的遮挡,热环境复杂,给热控设计 带来较大困难。结合光谱仪热控需求及结构特点,详细分析了轨道外热流,采用对地面作为光学箱散热面、光学底板等温化设计、 以向阳面为电子学散热面、电子学箱与光学箱隔热等热控措施,实现了光谱仪高稳定性温控要求。热平衡试验与在轨数据表明, 光谱仪热控设计合理可行,能够满足在轨探测的温度指标。为后续型号光学遥感仪器高精度、高稳定的热控设计打下良好的基础。     

降低误报的三鉴智能探测器的硬件和软件设计

针对红外探测误报的问题,引入微波探测技术和单片机构成三鉴智能探测器。首先介绍三鉴智能探测器的基本原理结构,紧接着又给出被动红外信号调理电路和微波信号调理电路,然后介绍使用单片机实现探测器智能化的流程图。通过硬件电路设计和软件流程的实现并实施实验,验证了利用单片机实现智能化的可行性,并进一步降低了探测器的误报。     

高精度3mm波段探测器信号处理系统

详细阐述了3 mm波段毫米波主被动复合探测器的工作原理,针对其高速小型化应用的要求,基于TMS320F2812设计了探测器的信号处理系统。鉴于传统ADC采样方法测距的缺点,采用DSP定时器捕获方法,实现了精度为±2 m的主动测距功能。基于模糊综合评判方法进行目标识别,并综合单个特征分量识别效果及专家评分权重两个因素,改进了确定特征分量模糊综合评判权重的方法,使系统对金属目标的识别率达到了81%。     

航天光学遥感相机多谱带滤光片设计与考核方法

多谱带滤光片是航天光学遥感相机上的关键器件。其兼具多个谱带滤光及探测器封装的功能,特征尺寸多,膜系复杂,其设计及考核过程相比全色或单谱带滤光片要复杂得多。介绍了多谱带滤光片的基片外形尺寸、滤光窗口尺寸、像元位置标识窗口、封装对准标识等关键特征尺寸的设计及计算方法。分析了滤光片的设计加工误差对滤光片与光敏芯片的封装对准精度、探测器在焦平面上的配准拼接以及相机的光谱响应特性等的影响。并基于现有的航天器环境考核方法提出了一套针对多谱带滤光片的环境考核流程和测试方法。最后给出了某相机多谱带滤光片的设计及考核应用实例。     

一种新颖的微动探测器

迄今为止,在电子防盗领域,除了有智能特性的被动红外(热释电)探测器被广泛使用外,其它如振动、门磁、微波等探测器使用局限性都很大.     

复合导引头制导技术研究

现代战争的战场环境日趋复杂，单一制导模式容易受到有效干扰，而复合导引头则可利用各种制导模式的优点，互补不足。根据红外成像传感器、主动毫米波雷达和被动雷达的技术特点，分析了红外成像/主动毫米波雷达复合导引头、红外成像/被动微波复合导引头的工作流程。为了提高复合导引头的抗干扰能力，结合反舰导弹的实际工作流程，远距离时利用毫米波雷达或被动雷达进行探测，近距离时利用红外目标特征来区分干扰和舰船目标，从而形成适用于反舰导弹红外成像/主动毫米波雷达复合导引头和红外成像/被动微波复合导引头的末制导策略。     

大相对孔径变焦红外光学系统无热化设计

随环境温度变化红外镜头会产生热离焦现象,一般定焦红外光学系统可通过多种红外材料组合或引入衍射面来实现光学被动式无热化设计,而变焦红外光学系统大多是通过移动透镜组来实现机械主动式无热化设计。文中根据光学变焦原理和光学被动式无热化原理,提出一种变焦光学被动式无热化设计方法,并采用该方法设计了一种大相对孔径双视场无热化长波红外光学系统。该系统焦距为25/50 mm（变倍比为2:1）,工作波段为8~12 μm,F数为0.9,可匹配640×512,像元为17 μm×17 μm的非制冷红外焦平面阵列探测器。光学设计中采用3种红外光学材料（硫系玻璃HWS6、硒化锌和锗）组合,并引入3个偶次非球面,实现变焦无热化设计。设计结果表明:该系统在宽温度范围内具有良好的成像效果和温度自适应性,在空间频率30 lp/mm处,-50℃~80℃温度范围内各视场MTF均大于0.3。该红外光学系统结构简单、工艺良好,在红外车载领域有着广泛应用前景。     

线性模式主被动碲镉汞APD探测器测试研究

碲镉汞雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）探测器在主被动模式下能同时获取目标物体的强度信息和时间信息,实现实时的三维探测。高精度时间标定的测试方法是验证三维测距的基础。文中分析了盖革模式和线性模式的优缺点,针对一种线性模式主被动HgCdTe APD探测器的读出电路结构进行了分析,并对TOF计算方法进行了研究,在此基础上搭建了一套高精度时间标定的测试平台,对系统和环境噪声进行了测试,得到噪声带来的时间抖动为179 ps。对测试仪器带来的固定时延进行了校准,对影响TOF精度的电压、电容、斜坡发生器的精度以及高精度电压源的精度等参数进行了理论分析,在77 K下完成了线性模式HgCdTe APD探测器的主、被动信息的测试。测试结果得到低温下电路线性度高达99.9%,饱和电荷容量为7 Me?,时间精度抖动的均方根为2.107 ns,证明该测试平台和方法能有效地评估探测器的性能,为红外精准探测提供了参考。     

II类超晶格红外探测器在遥感中的应用前景

红外探测器是空间红外遥感器的核心部件,随着空间红外遥感器的发展,对红外探测器也提出了更高要求,需要向双色或多色、均匀大面阵、低热耗、低暗电流、高量子效率、以及高可靠性等方向发展。本文从空间红外遥感器对红外探测器的需求分析、II类超晶格红外探测器的原理及优点、II类超晶格红外探测器国内外研制现状、II类超晶格红外探测器在空间红外遥感器中的应用展望等四个方面,重点介绍了II类超晶格红外探测器针对空间红外遥感应用中的优势,分析了II类超晶格红外探测器在空间红外遥感应用中需要攻克的难点,最后,介绍了II类超晶格红外探测器在空间红外遥感器中的应用前景。     

红外双波段/双视场导引头的光学设计

现有对地捷联导引头多数采用红外单波段和单视场相结合的方式对目标进行匹配和截获,然而该种方式在日益复杂的战场环境下易受目标/背景特性复杂程度、探测器性能、视场大小限制等因素的影响。在保留了某型捷联导引头原有单一的中波红外大视场的基础上,加入了长波红外大小两个视场,提出了一种新型的红外双波段/双视场导引头。通过利用中长波双波段的图像融合和长波红外下的双视场切换,突出目标与背景特征信息差异,可以有效提高导弹对目标的截获概率。采用CODE V软件设计了光学系统。整个系统采用共孔径式光学设计,具有较好的成像质量,满足系统要求。     

微波遥感技术监测土壤湿度的研究

土壤湿度在全球气候环境变化中具有重要的作用,微波遥感技术具有监测这一参数的诸多优势。其原理是基于土壤水分在一定范围内和土壤介电常数密切相关。该文从主动微波遥感及被动微波遥感的算法、应用和存在问题等方面分别阐述了当前微波遥感在土壤湿度反演中的研究进展,其中重点介绍了应用较广泛的主动微波遥感中的合成孔径雷达(SAR)和被动微波遥感中的高级微波扫描仪(AMSR)。主动微波遥感中,如何减少或摆脱对地面参数测定特别是粗糙度的依赖、如何采用有效的植被散射模型去除植被影响等问题是未来关注的热点和难点。被动微波遥感中对模型的机理研究还很欠缺,需要结合辐射传输机理及波动论等加强对机理的探讨。另外主被动结合的微波遥感中,对尺度转换、数据同化等技术的研究将是未来关注的重要方向。     

被动微波/红外成像复合导引头交班仿真分析

通过对被动微波/红外成像舰空导弹复合导引头交班问题的研究,建立了复合导引头制导控制系统的数学模型,复合导引头跟踪回路主要由被动微波相位干涉仪与红外成像导引跟踪回路组成.以此模型为基础,进行了防御反舰导弹类目标典型运动情况下的交班过程仿真.分析了各因素在交班时对弹道扰动程度的影响.得出目标机动能力越强、速度越快、弹目距离越近,交班引起的弹道扰动越大;舰空导弹在拦截反舰导弹时,在反舰导弹巡航段进行拦截并交班时,交班过程引起的弹道扰动最小的结论.     

单站双波段红外被动测距算法研究

空中目标的红外辐射在大气中传输时,大气以及大气中的气溶胶会对红外辐射产生吸收和散射,从而造成红外辐射的衰减。波长不同,大气对其产生的衰减也不同,从而导致红外探测系统接收的目标辐射信号不同。通过对所接收的双波段目标辐射信号进行分析,推导了简单的被动测距算法,并对算法分析得出：此算法模型距离估算的难点在于目标辐射强度J准确值的获得。为此文中改进了测距算法,推导了不再包含目标辐射强度J,的距离新算法,从而简化了距离估算。     

光纤陀螺可靠性工程中FMEA和FTA应用研究

文中分析了光纤陀螺仪光学有源器件、无源器件、电子线路部分、各元器件的失效模式,并对由电应力、机械应力以及与温度有关引起的失效机理进行分析;最后通过结合光纤陀螺探测器组件物理化学性能、使用环境、故障搜集,建立了探测器组件的故障树,得到探测器组件的主要故障模式是响应度降低和噪声电压变大.