地基大口径望远镜热控技术

温度是影响地基大口径光电望远镜性能的重要因素之一。望远镜系统的任一环节存在过大温差或者温度梯度,都会降低望远镜的成像精度和跟踪性能。为了提高望远镜系统在工作时的性能和稳定性,需要对其进行全面的热控分析和设计。从望远镜防护圆顶内的环境温度控制、跟踪架结构的温度控制以及望远镜主镜温度控制等多方面入手,对各个环节进行了热控方法的研究和论述。针对所有环节中各种不同的结构形式都给出了详细的热控设计方案。这些措施可以很好地保持望远镜系统温度与外界环境温度相平衡,解决温度对整个望远镜系统的影响。该研究结果对于大口径望远镜的热控设计有一定的参考价值。     

一种热真空环境下的GaAs太阳电池温度预测方法

GaAs太阳电池目前已广泛地应用于空间领域。太阳电池本质上为p-n结结构,性能受到温度的显著影响,故准确地预测空间的实际应用中太阳电池的温度有助于对其进行性能评估。空间用太阳电池的温度在热真空环境与太阳光谱辐射环境的双重作用下达到稳态。以少数载流子连续方程为基础,通过对电池热能与光谱辐射能的传输过程的研究,提出了一种预测GaAs电池温度的迭代求解方法。     

地基大型望远镜数字通信系统的设计

数据通信系统是整个大型望远镜的数据传输中枢。针对地基大型望远镜分系统多,信号种类繁杂、分布不均匀和分布距离较远等特点,设计了一种基于大规模集成电路FPGA的数据通信系统。系统分为机上数据通信系统和机下数据通信系统两部分,机上与机下数据通信系统通过单根光纤进行连接。系统最多可提供60路RS422、32路TTL、10路RS485和4路RS232同步传输。同时,系统以GPS时钟频率为基准频率产生多种工作时序,为望远镜提供同步工作脉冲;通过采集曝光脉冲对应时刻的时间数据和编码器数据锁存当前的时空信息。硬件方面采用XILINX公司的Virtex-5系列FPGA为核心处理芯片完成该系统的设计,实验结果表明系统可满足大型望远镜数据通信的需求。     

空间太阳望远镜热设计

针对空间太阳望远镜工作时间长、工作环境苛刻的热特点,在极端工况条件下对空间太阳望远镜本体框架和导行镜进行热设计。通过在高低温工况下进行有限元仿真分析与热平衡试验,对本体框架和导行镜热分析与热平衡试验结果进行了对比,其温度均控制在22 ℃,并且同一工况下各组件的温度波动均小于1 ℃,验证了热设计的正确性。同时本体框架与导行镜有限元仿真与热平衡试验在高温工况下的功耗差为1.2 W,低温工况下的功耗差为0.8 W,仿真分析和热平衡试验吻合,分析正确有效,保证了望远镜在复杂工作条件下的正常工作,为提高空间太阳望远镜本体模块与对日追踪光学系统的可靠性与热设计优化提供了理论依据。     

极端环境下光学红外望远镜伺服系统模型预测

在极端环境下光学红外望远镜伺服系统建模的实际工作过程中,实测的望远镜状态数据经常包含有各种噪声。为了减小噪声对模型辨识精度的影响,提出了一种基于带有控制的非线性动力学稀疏辨识（Spark Identification of Nonlinear Dynamics with Control, SINDYc）算法的稀疏辨识方法。针对望远镜伺服系统,对SINDYc算法进行了理论分析和数值模拟,对比了在不同的噪声水平下,望远镜伺服系统预测模型的状态变量曲线,并拟合了不同噪声水平下辨识模型的决定系数曲线。基于南极望远镜实验平台,设计了正弦和方波信号作为激励信号进行模型辨识实验,对SINDYc算法的建模准确性进行了实验验证。数值模拟模型的预测输出结果显示:SINDYc算法在20%噪声水平以下时,模型辨识精度在0.99以上;在10%噪声水平以下时,状态变化跟随最大偏差值在信号幅值的5%以内。辨识实验数据表明,在两种不同信号激励下望远镜伺服系统模型预测的辨识精度分别为0.9857与0.9952,证实了基于SINDYc算法的稀疏辨识方法的有效性和准确性。该方法辨识出的系统模型可以为未来的南极大口径光学红外望远镜控制系统的分析及控制器设计提供很好的分析模型。     

某空间望远镜光机热集成分析

光机热集成分析技术是光学分析和结构分析相结合的一种有效手段。根据空间望远镜所处的环境,用有限元法在Ansys软件中进行热应力分析,通过接口工具Zernike多项式实现各个软件的数据交互。在VC++平台下编写了基于Gram-Schmidt正交化法的接口程序,将拟合后的多项式导入到Zemax中进行了分析。实现了光机集成分析的完整过程。实践证明,这一方法正确可靠,简化了光机热集成分析的过程,为光学系统和光机结构热匹配设计提供了重要设计依据。     

高能激光与光电二极管热作用过程的温度分布

采用脉宽为毫秒的高能脉冲激光与PIN结光电二极管进行相互作用,建立了包含热源项的导热方程,并考虑了热物性参数随温度变化的情况.利用有限元方法计算了材料到达熔点前材料轴向和径向温度随时问和位置的变化规律,同时对相关物理过程进行了讨论.进而研究了热物性参量的变化对材料开始熔化时间的影响.结果表明,热传导将直接影响着整个相互作用过程,而材料热物性参数的变化亦将影响材料的熔化时间.     

Hα太阳空间望远镜热设计

Hα太阳空间望远镜具有对日光谱成像及全日面成像功能,具有多功能、高度集成化的特点。它位于卫星载荷舱内,在轨姿态多变,并且具有连续观测的工作模式,焦平面组件及电单机工作热环境苛刻,对热设计提出较高要求。通过星载一体化设计及相机结构合理布局,在卫星舱板靠近相机处预留辐射散热通道,合理设计散热面将工作热耗快速导出,保证各部组件温度满足指标要求。搭建热平衡试验平台,对高低温工况下的热分析和热平衡试验及在轨数据进行对比,同一工况下各电单机最大温差≤4℃,对热设计的正确性进行了验证。保证了Hα太阳空间望远镜在复杂空间环境下的正常工作,对此类空间太阳望远镜热控设计具有一定的借鉴意义。     

激光生物热作用的一维瞬态温度分布规律研究

采用数学物理方程的定解求法解一维热传导偏微分方程 ;讨论结果的物理意义 ,与相关实验作对比分析。结果表明 ,激光热源在一维生物组织空间引起的温升一般随时间呈指数形式增大 ;随激光照射处的距离呈指数形式减少。     

微波热疗天线在生物组织中温度分布的模拟

模拟微波肿瘤热疗条件下生物组织中的温度分布,对临床治疗中微波热疗天线的设计、选择及治疗方案的确定具有重要意义.本文结合电磁场的时域有限差分(FDTD)和温度场的有限差分方法模拟了微波热疗天线在生物组织中产生的温度分布.通过单极子天线对等效组织模型的加热温度模拟结果与实验测量结果比较,对微波热疗天线在生物组织中产生的温度场模拟程序进行了验证.     

Influence of temperature and heat flux time lags on the temperature distribution in modern GAAFET structure based on Dual-Phase-Lag thermal model

In this paper the analysis of the influence of the temperature time lag and the heat flux time lag on the temperature distribution obtained using Dual-Phase-Lag heat transfer model is presented. Due to this fact, the modern GAAFET structure, developed in 5 nm technology node, has been taken into account. The simulation presents the influence of mentioned time lags on the temperature distribution inside analyzed structure for different time instants in three cases. The first one is related to the situation when the temperature time lag is changing and the value of the heat flux time lag is fixed. The second one concerns the changing value of the heat flux time lag and fixed value of the temperature time lag. The last case allows changing of these two parameters simultaneously. Apart from that, the temperature distributions inside the structure for some pairs of different values of analyzed time lags have been also evaluated and compared for certain time instants.     

叠层埋入式电阻温度分布的影响因素分析

选取方阻阻值、电阻表面积、电阻层间距、电阻距PCB板表层距离、同层电阻间距和电阻电流作为影响温度分布的关键因素,基于正交表L25(56)设计并建立了25种不同参数水平组合的叠层埋入式电阻有限元模型进行温度场分析,对所得25组温度数据进行极差分析和方差分析。结果表明:方阻阻值对温度影响最大,其次是电阻表面积、电阻电流、同层电阻间距、电阻距PCB板表层距离,最后是电阻层间距;在置信度为90%时,方阻阻值对温度有显著影响。     

覆铜箔板热导率对导体温升影响的研究

对比测试了热导率不同的覆铜箔板在相同电流与导体横截面积条件下的导体温升,分析了覆铜箔板热导率对导体温升的影响,使用高热导率的CEM-3覆铜箔板可以减少导体的温升,提高电源基板的安全可靠性。     

Mapping spatial distribution of comm-satellite's beam based on ground omni-antennas

The current satellite communications (SatComs) systems are composed of a large number of satellites, beams and terrestrial devices. Due to their multinode dynamic nature, the usage of frequency resources is variable, complex and difficult to characterize. In particular, with the development of satellite-borne phased array antenna technology, SatCom beams carrying different frequencies are directionally and dynamically distributed in global scale. Mapping and locating the spatial beam distributions of communication satellite (comm-satellite) are the bases of intersystem cofrequency interference mitigation and spatial frequency reuse. In this paper, we design a data selection–multiparameter fitting iteration (DS-MFI) algorithm on the basis of ground-based omnidirectional antennas. The proposed approach can effectively map the spatial distribution of comm-satellite's beam, including satellite transmitter position, equal-gain off-axis angle, and beam pointing in azimuth and elevation. Simulation results verify the effectiveness of the proposed approach for satellites with fixed or steerable beams at different altitudes. Furthermore, the results become increasingly accurate as the dense of ground omni-antenna increases.     

基于反射温度补偿及入射温度补偿的红外测温影响分析

以红外辐射理论及红外热像仪测温原理为基础,为解决环境高温物体对红外测温的影响,提出反射温度补偿和入射温度补偿两种方法。分析了两种温度补偿方法的理论可行性和实际操作方案并具体进行实验测温对比。对4个硫化矿样本分别应用两种补偿方法同未经补偿的红外测温进行实验测温对比研究,分析结果显示:经过温度补偿后,相对误差明显小于未经补偿的红外测温,且反射温度补偿法较入射温度补偿法更为精确,验证了两种温度补偿方法的可用性及精确性。两种补偿方法在保证测量精度的同时拓宽了普通红外热像仪的应用范围,保证了硫化矿自燃红外预测数值精度。     

一种基于Wigner-Hough分布的SAR地面运动目标成像方法

时频分析是SAR地面动目标成像技术中的常用方法,但传统时频分析方法如WVD在处理多分量SAR运动目标回波时存在交叉项的影响,在低信噪比时不易检测各分量信号的多普勒参数。针对这一问题,提出一种基于Wigner-Ville分布(SWVD)的机载SAR运动目标成像方法,其核心是采用SWVD时频分析方法,能够有效地抑制多个目标之间交叉项的影响,对地面单运动目标和多运动目标的成像均有很好的成像效果,理论分析和实验证明了其有效性。     

Scanning thermal microscopy studies of local temperature distribution of micron-sized metallization lines

The scanning thermal microscope (SThM) was used to measure the surface temperature distribution and surface morphology of micron-sized Al–Si–Cu metallization lines which was in situ electrically heated for SThM dynamical measurements. The local temperature along micron-sized lines was detected by a thin film thermistor tip of the SThM for determining the electromigration lifetime of metallization system of micro-electronic devices. The thermal image contrast was mainly due to the temperature distribution. The temperature difference along the metal line was 1.75^°C, which was in good agreement with that obtained by the infrared emission microscope.     

高温环境下大功率DPL的LD最佳散热效果

大功率DPL泵浦源LD的热管理技术是制约二极管泵浦固体激光器工程应用的瓶颈之一。介绍了二极管泵浦固体激光器的工作过程,设计通过半导体制冷片对LD实施温度控制。主要针对DPL的高温应用环境,对泵浦源LD的散热通道进行分析和计算,设计了可以在高温环境下正常工作的DPL工程样机。该样机主要性能指标：输出峰值功率大于100 kW,激光脉宽为5 ns,重频10 kHz。对该样机进行高低温环境试验,获得试验数据并得出结论：在高温50 ℃情况下,LD可以连续稳定工作 30 min以上。     

概率方法预测特定环境超宽带信号功率分布

针对超宽带(UWB)信号在无线信道的传播特点,使用随机桥过程产生建模UWB信号多径分量传播轨迹的随机射线,构造出可以描述UWB信道特性的基本随机变量,由此得到预测信道中某个场点接收到的信号功率的概率方法.对一个典型室内传播环境中沿着任意路径接收的UWB信号功率进行仿真计算,结果表明预测功率分布概率方法的算法稳定.对传播环境中某个区域的功率分布进行计算,同时研究了不同分集接收方式对功率预测的影响.仿真结果表明,全Rake分集接收方式并不占优势;在分集接收的抽头数较少时,部分Rake分集接收和选择性Rake分集接收方式具有相似的分集接收效果.最后对接收点信号功率的分布进行统计分析,并对概率方法与射线追踪法进行了比较.     

多层GaN外延片表面热应力分布及影响因素

为了研究蓝宝石/AlN/GaN外延片表面层热应力分布及影响因素,以直径d为40 mm的外延片为研究对象,利用有限元分析法对其表面热应力分布进行了理论计算和仿真,验证了仿真模型的合理性。分析了外延片生长温度、蓝宝石衬底和AlN过渡层厚度对表面热应力的影响。结果显示:在1 200℃的生长温度下,外延片径向应力比轴向应力大一个量级;在径向（d32 mm）区域内的热应力分布比较均匀,热应力变化范围为0.38%;生长温度在600~1 200℃范围内,外延层表面应力与生长温度呈近似正比关系。研究成果可为该类外延片生长工艺研究和低应力外延片的筛选标准制定提供借鉴。