空间相机电控机箱的热设计及仿真分析

为了保证空间相机电控机箱在轨运行期间的工作温度满足使用要求,根据电控机箱的结构特点和导热路径,对电控机箱内部大功耗电子元器件进行了详细热控设计,解决了某些电子元器件发热量大、导热路径较长的问题。以某个典型元器件为例,进行了散热效果估算。最后应用有限元分析软件IDEAS-TMG建立了详细的电控机箱热分析有限元模型,根据电控机箱所处温度边界条件进行了稳态仿真分析,给出了电控机箱整体的热响应性能、印制线路板（PCB）及板上大功耗电子元器件的稳态温度分布云图,结果显示,PCB的温度为40.6～51.1℃,板上大功耗电子元器件的结温为46.3～62.5℃,均满足热控设计的指标要求。热分析结果表明电控机箱热设计合理可行,能够满足使用要求。     

光锥角对窄带滤光片透射率的影响及补偿方法

全介质膜窄带滤光片因具有优良的光学性能、较强的工艺性和空间环境适应性被广泛应用于空间多光谱遥感仪器中,但锥光束入射导致的中心波长漂移问题严重影响此类窄带滤光片的光谱选择性能。为了研究光锥角对窄带滤光片透射率特性的影响,设计了非规整型全介质膜窄带滤光片,分析了高斯光束倾斜入射窄带滤光片导致透射率的变化,建立了非均匀照度下锥光束正入射时窄带滤光片等效透射率的求解模型,定量求解了等效透射率及中心波长漂移量,并对理论模型进行了实验验证。结果表明,锥光束正入射对窄带滤光片透射率的影响主要表现为中心波长的蓝移;在镀膜工艺相对稳定的基础上,理论模型的等效透射率预测精度优于中心波长的0.15%。所以,可以使用等效透射率求解模型定量计算锥光束正入射导致窄带滤光片透射率的变化,并利用中心波长漂移量修正后的设计数据指导滤光片镀膜,进而实现窄带滤光片的高精度光谱选择,这为解决介质膜窄带滤光片因锥光束入射导致的中心波长漂移问题提供了新的技术途径。     

光谱偏振调制器的高精度装调方法

为了提高光谱偏振调制器的探测精度,提出了光谱偏振调制器的高精度装调方法。首先,分析了光谱偏振调制器的调制原理,提出了采用三片多级相位延迟器加线偏振器的装调方案;然后,建立了调制器装调的数理模型,设计了校准多级相位延迟器的厚度;最后,对成像过程进行了计算机仿真实验验证,并模拟了成像系统的装调过程。结果表明:利用该方法能够灵敏检测偏振器件间的微小相对旋转角度误差,可实现调制器的高精度装调,在输入本文设定的校准光谱条件下,绝对精度可达0.2°。该方法保留了传统光谱调制器充分利用通道带宽的优势,保证了复原光谱的分辨率,为强度调制型光谱偏振成像系统的精密装调提供了一定的理论参考。     

基于偏振特性对石英玻璃和绿漆涂层的反演

物质的偏振特性与其复折射率、表面粗糙度以及观测几何条件有关,为了应用偏振探测技术实现对目标的定量反演,本文首先对两种典型目标(绿漆涂层和石英玻璃)的偏振特性进行了实验测定,并对偏振度与探测天顶角的关系进行了分析。利用实验数据并基于描述目标偏振特性的PG模型首次在考虑了粗糙度的影响下,对目标的折射率、消光系数进行了定量反演,最后将反演结果与参考结果进行比较。结果表明,石英玻璃的折射率相对误差为4.944 9%,绿漆涂层的折射率与消光系数的相对误差分别为11%和21.558 9%。该方法在考虑表面粗糙度的条件下能够更精确地测定物质的复折射率,同时也为偏振技术应用于目标定量反演提供了依据。     

不同含水量黑土土壤光谱反射率半经验模型构建

土壤含水量的变化情况与时空分布对热量平衡、农业墒情等具有显著的影响。利用反射率光谱信息反演土壤含水量的研究,可为实现土壤含水量速测、揭示土壤含水量时空变异规律提供科学依据。构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型,深入探究土壤重量含水量与反射率光谱的关系。 制备了12种不同湿度的土壤样品。 采用ASD Field Spec Pro 3地物波谱仪对制备的不同湿度梯度的黑土土壤进行反射率光谱测量。 利用菲涅耳反射率建立土壤表面反射模型;在以往的研究中,Kubelka-Munk (KM)模型中的漫反射率R_∞通常被视为对于给定材料和照明波长的常数或需要反演的参数。通过研究发现,漫反射率R_∞不仅与材料和波长有关,还与土壤含水量相关。利用与土壤含水量相关的吸收系数及散射系数描述了土壤含水量与漫反射率R_∞的关系,并基于KM理论对体散射分量进行建模;进而构建不同含水量黑土土壤反射率光谱半经验模型。 根据实际测量数据选用最小二乘算法对模型参数进行反演,并通过分析反演参数简化模型。最后,将未参与建模的不同含水量梯度的数据代入模型中,验证模型的有效性。结果表明：对比不同含水量土壤反射率光谱的模拟值与实测值在400～2 400 nm波段范围内的模拟精度发现,含水量为200 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最大,为0.008,含水量为40 g·kg-1的土壤反射率光谱的均方根误差最小,为0.000 6,不同含水量下土壤样品反射率光谱的均方根误差的均值是0.005 1。在400～2 400 nm波段范围内,不同波长下黑土土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.008,1 920 nm波长处的预测均方根误差最小,为0.002 062。采集长春地区的土壤检验模型的可靠性,配制15个不同含水量样品并对其进行反射率光谱测量。选取9个样品数据用于建模,6个样品数据用于验证。结果表明：在400～2 400 nm波段范围内,不同波长下的长春土壤反射率光谱的预测均方根误差基本低于0.015,525 nm波长处的预测均方根误差最小,为0.000 922 5。综上所述,所建立的模型具有很高的预测精度,可很好地适用于不同含水量黑土土壤反射率光谱的模拟。     

手持式分光测色仪设计

为了代替人眼对物体表面的颜色进行信息检测,设计了LED光源手持式分光测色仪。首先,通过计算不同测量波长分布和分辨率在标准光源照射下的三刺激值,比较它们的相对误差,选取了波长分布为400～700 nm、分辨率为10 nm作为光源的主要设计参数。接着,对照明光源进行研究,通过对卤钨灯、脉冲氙灯与LED光源的均匀色空间坐标进行对比,选取了LED光源作为仪器的照明光源。然后,讨论了不同照明和观测条件及人眼观测颜色的差异,选取以45°方向照明、0°方向接收作为照明和观测条件。最后,进行了照明系统设计和总体结构设计。实验结果表明,测色仪目标中心位置的最大光照强度为9.91×10~(-3) lm/mm~2,平均照度为7.06×10~(-3) lm/mm~2,基本满足了手持式分光测色仪精度较高、轻小型化、光照充足且均匀的设计要求。     

超光谱成像仪狭缝热光谱特性的分析

介绍了在狭缝超光谱成像仪中的重要作用。推导出在温度水平变化时,狭缝宽度尺寸的变化对超光谱成像仪光谱带宽与信噪比的影响,得到了超光谱成像仪狭缝的热光谱特性。比较了两类常见狭缝的热光谱特性,得出热特征尺寸与其导热率乘积越小的狭缝热光谱特性也越好的结论。     

基于联合变换相关器的像移测量仿真分析

对基于联合变换相关器的像移测量数学原理进行了说明,介绍了面阵CCD的安装位置以及输入图像的获取方法,分析了低信噪比输入图像、相对转动位移对测量精度的影响。应用MATLAB对输入图像进行傅里叶变换得到联合功率谱,对二值化处理的功率谱进行傅里叶变换得到相关输出,用质量中心算法计算出像移量。分析得出,输入图像信噪比大于5dB,测量均方误差小于0.05像素;输入图像相对转动位移在0.1°的范围内,转动位移对测量精度和峰噪比的影响可以忽略不计。综合分析表明像移测量均方误差小于0.05像素。     

空间光学遥感器遮光罩结构方案选择

利用有限元工程分析技术对空间光学遥感器的遮光罩结构方案进行了选择。应用MSC.Patran/Nastran软件对遮光罩进行了模态分析,应用TMG软件对遮光罩进行了热分析。根据模态分析和热分析的结果对遮光罩材料的铺层方式、遮光罩的结构形式和遮光罩的长度进行了优选。结果表明,[-45°/90°/45°/0°]s交叉对称铺层方式、一条轴向筋和1mm厚度、200mm长度的四棱台式遮光罩的结构方案是合理可行的。其结果为遮光罩的结构设计提供了必要的指导。     

星载成像光谱仪杂散光检测技术

介绍了星载成像光谱仪杂散光检测技术在国内外的发展状况,阐述了成像光谱仪杂散光的定义、来源和危害,分析了杂散光检测的必要性。通过截止滤光片法、光谱法、谱杂散光系数法、级数透过率法、氧气吸收光谱及参数拟合法、卷积计算法和矩阵修正法等7种光谱仪器杂散光检测方法优缺点的对比,给出了星载成像光谱仪杂散光检测技术的具体要求和发展趋势,认为单一的检测技术很难满足工程研制的实际需要,针对各研制阶段的组合检测技术将是星载成像光谱仪杂光检测的发展方向。