【摘要】：受發(fā)射過程和空間環(huán)境影響,目前空間輻射定標(biāo)方法的輻射標(biāo)度不能溯源至國際單位制(SI),難以滿足空間遙感輻射定標(biāo)精度的迫切需求。以太陽為定標(biāo)光源,研究基于空間應(yīng)用的絕對輻射定標(biāo)基準(zhǔn)輻射計(jì)(Absolute Radiance Calibration Primary Radiometer,ARCPR)的探測器定標(biāo)方法,可以大幅度提高空間輻射定標(biāo)精度,輻射標(biāo)度傳遞鏈路可直接溯源至SI,對建立我國獨(dú)立自主的空間輻射定標(biāo)基準(zhǔn),提高我國空間遙感輻射定標(biāo)水平具有重要意義。ARCPR是低溫20K運(yùn)行的空間低溫輻射計(jì),以測量太陽總輻照度的TSI腔作為輻射基準(zhǔn)探測器。受測量周期限制,地基低溫輻射計(jì)的測量方法不適用于在軌運(yùn)行的TSI腔。有必要研究適用于空間低溫輻射計(jì)的測量方法,在保證測量精度的前提下縮短測量周期。首先,簡要介紹ARCPR測量原理、原理樣機(jī)的結(jié)構(gòu),研究探測器組件的熱電模型。通過求解熱平衡方程獲得TSI腔和熱沉的溫度動態(tài)響應(yīng)。設(shè)計(jì)低溫真空環(huán)境下的熱電實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證熱電模型的正確性,并研究探測器組件的靈敏度、熱時間常數(shù)(τ)等特性參數(shù)。理論分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明:熱沉溫度的變化導(dǎo)致TSI腔溫度動態(tài)響應(yīng)具有雙e指數(shù)的形式,并且平衡溫度與電加熱功率的響應(yīng)關(guān)系是非線性的,為測量方法和熱沉溫控研究提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。其次,基于TSI腔溫度動態(tài)響應(yīng)模型研究的理論基礎(chǔ),提出預(yù)測平衡溫度、動態(tài)修正靈敏度的測量方法。研究使用高精度快速測量方法的關(guān)鍵問題,提出并測量光電不等效響應(yīng)時間,分析開、關(guān)快門時刻產(chǎn)生溫度脈沖的原因。構(gòu)建測量方法實(shí)驗(yàn)特性研究的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺,研究補(bǔ)償溫度脈沖及提高平衡溫度預(yù)測精度的方法,將測量周期優(yōu)化為6τ。同時,激光功率測量比對結(jié)果說明:通過動態(tài)修正靈敏度,補(bǔ)償了靈敏度的非線性誤差。研究結(jié)果指出:該方法具有測量周期短、精度高的特點(diǎn)。最后,介紹ARCPR原理樣機(jī)研制中若干關(guān)鍵技術(shù)研究。根據(jù)輻射功率測量鏈,分析等效電功率測量的不確定度需求,詳細(xì)研究等效電功率測量的影響量,提出等效電功率高精度測量的解決方案。改進(jìn)黑體腔吸收比測量方法,用平均吸收比表征黑體腔的實(shí)際吸收比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到:TSI腔的平均吸收比高達(dá)0.999928±0.000006,并且斜底面結(jié)構(gòu)提高了黑體腔吸收比的均勻性,可以作為ARCPR的輻射基準(zhǔn)探測器。介紹高精度熱環(huán)境控制關(guān)鍵技術(shù)研究。建立控制模型,設(shè)計(jì)控制算法,并通實(shí)驗(yàn)研究高精度熱環(huán)境控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP73

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本文編號：2537398