光学传感器星上定标漫射板的特性测量

为了考察星上定标漫射板的光学特性及其在航天环境下的稳定性,对其进行了方向半球反射比(DHR)、双向反射比因子(BRF)、双向反射分布函数(BRDF)等反射特性的测量;同时,进行了系列环境模拟试验.结果显示:星上定标漫射板反射率在可见近红外波段可达0.99,光谱差异＜0.01,在短波红外波段达0.95以上;10～60°BRF变化低于0.1, 0～60°BRDF变化＜0.045,其方向特性与光谱、紫外辐照关系不大;漫射板350 nm反射率在120 h等效紫外辐照下的衰变＜3%,其光学特性受原子氧、质子轰击影响甚微,并通过了航天级力学环境试验.试验研究表明:漫射板具备高反射率、光谱平坦性、朗伯性及其在航天环境下的稳定性,能够满足航天应用要求.     

光学传感器星上定标漫射板的特性测量与分析

本文对研制的星上定标漫射板半球反射比(DHR)、双向反射比因子（BRF）、双向反射分布函数（BRDF）等反射特性进行了测量;同时,为了考察其在航天环境下的稳定性和适应性,进行了系列环境模拟试验。结果显示：星上定标漫射板反射率在可见近红外波段可达0.99,光谱差异小于0.01,短波红外波段在0.95以上; 10°~60°BRF变化低于0.1, 0°~60°BRDF变化小于0.048,其方向特性与光谱、紫外辐照关系不大;漫射板光学特性受原子氧、质子轰击影响甚微,而紫外辐照下的反射率衰变是由于有机物污染所致,通过改进工艺能够消除这种衰变;漫射板通过了航天级力学环境试验。研究表明：漫射板具备高反射率、光谱平坦性、朗伯性及其在航天环境下的稳定性,能够满足航天应用要求。     

紫外-真空紫外材料漫反射特性智能化测试系统

在光谱辐射定标中,漫反射元件是定标的重要组成部分.为此研究了铝漫反射板的制作工艺,以及漫反射材料漫反射特性的研究方法,应用双向反射分布函数BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)的概念,设计了一种基于五自由度转台的新型真空紫外漫射特性测试装置.测得正入射和30°入射条件下漫反射材料在紫外--真空紫外波段的漫反射特性,并对结果进行了分析.实验证明,铝漫反射板在紫外--真空紫外波段具有良好的朗伯特性.     

碳卫星CO_2探测仪发射前的漫反射板定标

为了提高CO_2探测仪的在轨辐射定标精度,建立了在轨辐射校正原理,并对关键环节漫反射板的制备、BRDF定标和应用进行了系统的研究。根据CO_2探测仪的工作原理与系统组成,介绍了星上定标设备和在轨辐射定标策略,确定了漫反射板的制备方法和优化工艺参数,制定了以标准灯和标准探测器为传递链路的漫反射板BRDF的精确定标方法。对漫反射板基准BRDF、角度修正因子和半球反射率进行了测试,对其实验室定标精度进行了分析,并通过在轨初期的应用结果予以验证。发射前的定标结果表明,漫反射板在760nm、1 610nm和2 060nm 3个波段的定标精度均优于3%。在轨初期的测试结果表明CO_2探测仪1 610nm波段在轨绝对辐射定标精度优于5%。CO_2探测仪漫反射板的定标结果满足仪器辐射定标对漫反射板定标的精度要求。     

利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计

基于内部照明积分球的辐亮度定标方法,获得了接近理想的大面积辐亮度光源(~2%),标定了在研的空间紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。在假设标准灯为均匀亮度的点光源情况下,对照明因子进行了修正。同时利用两种漫反射板对此修正进行了实验研究,得到了采用两种漫反射板标定的光谱辐射计亮度响应度有很好的一致性(1%)的结论。初步的定标数据分析显示,石英卤钨灯光谱辐照度测量的相对不确定度和距离测量的不确定度是积分球定标最主要的不确定度来源,可用于紫外波段光谱辐射计的高精度辐射定标,并可以极大地降低定标不确定度。     

FY-3A紫外臭氧垂直探测仪数据预处理及验证

开发了提取FY-3A紫外臭氧垂直探测仪遥感数据并进行处理的星上数据预处理软件。预处理包括引入仪器光谱响应度地面辐射定标数据,进行角度响应修正、非线性修正、换档比及漫反板衰减修正等。介绍了软件修正功能的原理,结合紫外臭氧垂直探测仪的在轨测量模式建立了相应数据修正算法和模型,并将修正算法和模型转化为功能丰富的星上数据预处理软件。使用该软件得到了在轨测试的太阳紫外光谱预处理数据,并以此为例给出了验证结果。分析比对表明,FY-3A星紫外臭氧垂直探测仪的全部软件功能均已得到实现,所测太阳紫外光谱与国外仪器数据比对其一致性达到±5%以内,验证了数据预处理软件的正确性。     

成像光谱仪辐射定标影响量的测量链与不确定度

分析了成像光谱仪遥感观测数据中包含的地物光谱特征、仪器参数和大气传输特性等的信息结构。研究了成像光谱仪辐射定标的物理过程和测量链,应用1993年国际标准化组织(ISO)颁布的《测量不确定度表示指南》,分析了辐射定标11项影响量的测量不确定度和合成标准不确定度。遥感辐射定标的绝对精度就是不确定度。辐射定标需要辐射标准、积分球光源、光谱辐射计以及遥感器上设置星上定标装置等专用设备和技术,并经过多级测量链的测试过程才能完成。光谱辐照度标准的不确定度在3%~5%,辐射定标中其它影响量的测量不确定度限制在1%~2%,成像光谱仪辐射定标的绝对精度才能达到5%~8%,这需要相当好的仪器设备和光辐射测试技术。     

漫反射板法标定成像光谱仪的精度分析

用漫反射板法标定成像光谱仪时不仅要考虑定标仪器的精度,还要了解成像光谱仪几何参数和仪器参数对标定结果的影响.本文根据漫反射板法标定成像光谱仪原理,推导了以定标角度、距离等几何参数和成像光谱仪仪器参数为自变量的探测器沿景物像元方向采集到的信号电子数变化表达式,据此对几何参数和仪器参数对标定的影响进行了分析.结果表明,F/...     

空间紫外遥感仪器漫反射板的真空紫外辐照特性

由于漫反射板漫反射率值的变化将直接影响空间紫外遥感仪器在轨辐射定标结果,因此,对各种影响因素进行了研究.基于空间紫外辐照环境构建了漫反射板真空紫外辐照特性研究装置,利用该装置对宅间紫外遥感仪器Al MgF2漫反射板的真空紫外辐照特性进行了研究.实验结果表明,真空紫外辐照加速了漫反射板漫反射率值的衰减,漫反射板在160～300 nm整个波段出现衰减现象;衰减程度随辐照时间的增加不断增大;各波长处的衰减呈线性规律变化,衰减速率随波长的不同而不同.文中对可能引起衰减的原因进行了初步分析.     

FY-3C卫星紫外臭氧总量探测仪的在轨替代定标

风云三号气象卫星C星(FY-3C)搭载的紫外臭氧总量探测仪因太阳辐照度观测值异常而无法进行常规在轨星上定标,导致臭氧总量产品无法正常生成。在研究了风云三号气象卫星B星(FY-3B)TOU辐照度观测数据的特点以及仪器衰减规律后,结合FY-3C/TOU辐照度和辐亮度实测数据,探索了基于晴空海洋像元观测值计算仪器的衰减系数法。本文选取受陆地气溶胶影响较小的热带太平洋海区,用矢量辐射传输模式模拟云量较小的像元对应的晴空辐亮度,比较观测值与模拟计算值,通过统计筛选晴空像元,估算FY-3C/TOU探测器随时间的衰减系数。在确定仪器衰减系数后对FY-3C/TOU历史数据进行处理,反演获得了全球臭氧总量并与WMO/WOUDC地基观测数据进行对比。结果表明,基于晴空辐亮度估算的仪器衰减系数进行的臭氧总量反演的均方根误差在5%以内。在星载紫外探测器星上辐射定标失败的时候,可以利用晴空海洋像元确定仪器的定标系数。     

可在轨溯源的太阳反射波段光学遥感仪器辐射定标基准传递链路

分析了现行光学遥感仪器辐射定标方法的局限性,以满足定量化遥感的精度及多数据融合比对研究的需求。设计了以空间低温辐射计为初级辐射基准,以太阳为光源,包括太阳单色仪、太阳光谱仪、传递辐射计、太阳漫反射板等组件在内的可在轨溯源的光学遥感仪器辐射定标基准传递链路。首先以低温辐射计和太阳光源建立的光谱辐射基准定标传递辐射计和太阳光谱仪;然后利用传递辐射计定标太阳漫反射板,建立对地光谱辐亮度基准;继而将基准传递至地球光谱成像仪作为对地观测标准,从而实现对其它卫星光学遥感器的交叉定标。对光学遥感仪器辐射定标基准传递链路各个环节的分析显示,辐射定标基准传递链路的测量相对不确定度为0.75%。结果表明,以此辐射基准传递链路构建覆盖我国空天一体的遥感定标网络可为建立平行于地面基准体系的空间数据质量保障体系奠定技术基础。     

静轨紫外可见高光谱探测仪星上外定标方案

紫外可见高光谱探测仪搭载于地球同步轨道卫星,具备高时间分辨率、高光谱分辨率、长寿命周期等特点.研究其星上外定标方案,消除内定标装置衰减等变化带来的影响,是实现遥感器在轨高精度定标或检校的重要手段.本文结合静止轨道卫星的特点,建立了紫外可见高光谱探测仪辐射特性分析流程,比较了不同外定标方案的特点及它在地球同步轨道卫星上的...     

FY-3/中分辨率光谱成像仪星上黑体的在轨太阳污染模拟与抑制

对风云三号(FY-3)中分辨率光谱成像仪(MERSI)的黑体进行了在轨太阳污染模拟,以掌握在轨太阳污染对面源黑体的影响,同时研究了抑制太阳污染的措施。模拟了FY-3卫星轨道及全轨道周期内太阳光的入射角,使用Tracepro软件建立了太阳污染模拟的模型,利用太阳光入射与MERSI的相对位置对太阳污染进行仿真,分析了污染随光谱成像仪扫描镜旋转和卫星飞行位置的变化。最后,根据分析结果设计了太阳污染抑制措施,并对抑制效果进行了仿真验证。结果表明:在扫描镜附近区域设置遮光板,有效地抑制了太阳光的污染,使辐射量级小于0.1 W,整个太阳污染功率下降了97%以上,对黑体有良好的保护效果。另外,提出的方法提高了面源黑体温度的均匀性和稳定性,保证了红外通道星上定标精度。     

精指向自解锁星载太阳指向器设计与应用

介绍了风云3号(FY-3,C星)太阳辐射监测仪采用的自主设计的精指向自解锁星载太阳指向器。该指向器是一个绕双轴旋转的指向平台,其由驱动单元、执行机构、编码器、太阳敏感器等实现主动例行工作与被动冗余相结合的在轨太阳指向策略。为避免运输、发射等过程的冲击振动对其性能及寿命影响,指向器具有自由度锁止及释放功能,可以实现发射前的自由度锁止及入轨后的自由度释放。文中给出了指向器的结构组成、指向精度设计过程以及寿命实验结果。FY-3(C星)于2013年10月成功发射,太阳辐射监测仪的太阳指向器入轨后成功解锁,目前为止已经在轨连续运行17个月,在轨指向精度为±0.05°,其承载的太阳辐射监测仪获取了大量高精度有价值的太阳辐射数据。该精指向自解锁星载太阳指向器可为未来风云系列及其它卫星载荷指向机构设计提供应用基础。     

FY-3C/可见光红外扫描辐射计中红外通道太阳污染的识别和修正

基于风云-3C/可见光红外扫描辐射计(FY-3/CVIRR)的中红外通道(3.7μm)的太阳污染现象和发生规律,分析了太阳污染出现的时空特征,提出了初步判识并修正北半球太阳污染数据的方法,并就太阳污染对定标系数和黑体亮温的影响做了定量的评估。结果表明,对于FY-3C/VIRR的中红外通道,太阳光线照射到定标黑体时所形成的北半球高纬度太阳污染主要出现在太阳天顶角在85°~118°之间的位置时;由太阳污染导致的该区域地球观测亮温日平均偏差为4.5K左右,最大偏差达到15K左右。通过对逐日太阳污染数据进行识别,并采用污染前后定标系数进行线性求差值,可以初步修正太阳污染对定标系数带来的异常影响。     

基于LabVIEW的太阳能发电数字跟踪系统软件设计

利用LabVIEW图形化的编程语言,对单片机与PC机之间的通讯进行了设计,开发出一种太阳能发电板双轴自动跟踪控制系统,使其时时正对太阳,从而提高太阳能的利用率,方便监控。     

基于ZigBee的太阳能集热器无线跟踪系统

为解决太阳能集热器吸收热能效率低、布线难度大及管理不便等问题,将ZigBee无线通信技术应用到太阳能集热器跟踪系统中.开展了太阳能集热器热能吸收效率研究,建立了太阳位置和当地地理位置之间的关系,研制了精确跟踪太阳位置的集热器无线控制系统;采用了Cortex_M3架构的32位处理器STM32W108,在处理器内部集成了ZigBee无线通信部分;通过全球定位系统(GPS)获取了当地地理位置和本地时间计算太阳位置;采用了C#上位机软件监控和管理无线系统.测试结果表明:该系统能精确跟踪太阳,提高集热器吸热效率;并具有组网方便、布线少、数据传输可靠等特点.     

混合双轴控制的太阳自动跟踪系统研究

文中主要针对斯特林碟架,设计了以ARM处理器和可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心,视日运行轨迹跟踪与图像处理相结合的混合跟踪方式实现太阳自动跟踪.首先,利用太阳位置算法(SPA)定位太阳位置,确保太阳光斑在摄像头视场范围内;其次,使用CMOS图像传感器采集太阳图像,通过ARM处理器处理图像获取太阳跟踪角度误差;最后利...