空间相机的热分析和热设计

空间飞行器在轨道运行过程中,除空间热沉影响外,还会受到太阳辐射、地球红外辐射和地球阳光反照等热因素作用,同时相机内部热源也会影响相机的温度.温度的变化对高分辨率航天相机光学系统成像质量影响很大.热控系统的目的是保证相机的各部分保持在各自的温度范围内.本文对相机整体进行了详细热分析计算,得出了低温、高温初期、高温末期工况以及其他一些情况下相机各部分的温度水平,为相机热控实施提供依据.     

地球扁率对卫星轨道平面的影响——兼谈卫星的太阳同步轨道

讨论地球扁率对人造地球卫星轨道平面的影响,介绍卫星的太阳同步轨道设计原理.     

空间相机热设计中的极端工况确定

针对具有多姿态变化特点的空间相机,提出了考虑太阳辐射的到达外热流和吸收外热流两种情况下的极端工况确定方法和计算流程。根据辐射学的基本理论,并结合相机的结构特点,推导出了相机外表面总太阳辐射流的计算公式;根据相机进出地影的情况和太阳常数分别建立了相应矩阵,并进行了有关矩阵的运算和变换;借助工具软件Matlab求解得到了投落到相机外表面的总太阳辐射外热流极值,并在此基础上确定出该相机的极端工况;将此工况输入到I-DEAS/TMG仿真环境中进行仿真分析,验证了此方法的正确性。该计算方法同样适用于其它类型的相机,具用通用价值。     

空间光学遥感器热试验外热流模拟及程控实现

以某太阳同步轨道空间光学遥感器为例,阐述了空间外热流分析计算、热平衡试验外热流模拟以及外热流程控加载的全过程.首先,总结了空间光学遥感器外热流模拟的完整流程.其次,简要介绍了太阳辐射、地球反照、地球红外辐射三种空间外热流的计算方法.然后,对该空间遥感器进行了空间综合吸收外热流计算,获得了阳照区及阴影区外热流平均值.最后,确定了热平衡试验外热流的模拟方法和策略,利用LabVIEW语言编写了程控电源开环控制程序,实现了热试验外热流的准确加载.试验结果表明,外热流值加载偏差在±2.5%以内,满足热平衡试验要求.     

空间相机接触热阻的计算

为了解决空间相机接触热阻难以确定的问题,从接触面传导和辐射换热的角度考虑,给出了其接触热阻的计算方法。根据空间相机的材料、加工、装配及其特殊运行环境,得到一个合理的接触系数范围。以空间相机的正视相机为例,对其结构进行合理的简化,利用I-DEAS/TMG热分析模块建立有限元模型,仿真计算了低温稳态平衡工况,考查了热阻波动对温度分布的影响。正视相机热分析计算结果和热环境模拟试验数据较为吻合,最大偏差为0.45℃。研究结果表明,该接触热阻计算方法合理,可以预测太空环境中干接触的精密加工表面间的接触热阻。     

基于光照条件的空间相机增益在轨自动调整

空间相机摄影过程中,通常采用较小的固定增益以避免图像饱和,导致获取的图像存在整体偏暗、图像层次不丰富等问题。提出一种基于光照条件的空间相机增益在轨自动调整方法,根据当前的航天器位置和时间等实时计算星下点处的太阳天顶角,通过非线性拟合建立太阳天顶角与对目标最大反射率对应的地物成像时相机入瞳辐亮度之间的函数关系,进而完成对增益的实时计算和调整。与卫星工具包(STK)仿真和MODTRAN计算结果的对比实验表明,在太阳天顶角取[20°,70°]时辐亮度拟合误差小于等于0.3 W/(m2·sr),相对误差小于等于2.2%。计算和仿真得到太阳天顶角之差约为0.39°(3σ)。在轨成像实验结果表明,太阳天顶角为62.5°时增益调整后图像灰度层次从98提高到183,信息熵提高约19.2%,图像灰度层次更加丰富,使目标更容易辨识。     

国外地球同步轨道目标天基光学监视策略

空间目标观测策略是决定天基光学监视系统性能的关键因素之一,本文对国外已服役和在研的GEO目标天基光学监视系统及其观测策略进行了讨论。首先,概述了GEO目标天基光学监视技术的发展历程;然后,简要分析了GEO目标的轨道特性,并在此基础上讨论了主流的GEO目标监视策略;最后,针对近年来呈现出的监视系统小型化和自主运行的发展趋势,对SBO载荷与3U CubeSat星座的目标监视性能进行了仿真评估。实验结果表明:SBO载荷和CubeSat卫星均可探测1 m直径的GEO目标,单颗SBO载荷探测GEO目标比例大于51%,观测弧长和重访周期分别约1.2°和1.5天,CubeSat星座则可探测超过90%的GEO目标,平均观测弧长和重访周期分别大于67.1°和小于0.4天。由此可见微小卫星通过组网能实现对GEO目标的独立自主监视。     

第一讲 空间光学仪器与航天相机

比较系统地介绍空间探测遥感中使用的空间光学仪器如航天相机、成像光谱仪、光谱辐射计、激光主动遥感系统等的工作原理、评价参数和参数校准检测技术。也介绍了为校准空间光学设备而专用的太阳模拟器、地球模拟器以及遥感器辐射定标系统等。     

圆偏振可见光可改变光子轨道角动量

可见波长圆偏振光可通过等离子体超颖表面改变光子轨道角动量。这是EbrahimKarimi及其加拿大渥太华大学和美国罗彻斯特大学的研究人员发现的结果。在传统意义上,具有轨道角动量（由于螺旋状相位波前）的光是利用空间光调制器、柱面透镜模式转换器和q-板等专门的光学元件产生的。     

瞬态热传导问题的一阶对称SPH方法模拟

为提高传统光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法模拟瞬态热传导问题的精度和稳定性,本文提出了一种一阶对称光滑粒子动力学(first order symmetric SPH, FO-SSPH)方法.该方法将具有二阶热传导方程分解成两个一阶偏微分方程,然后基于梯度离散和Taylor级数展开思想,对一阶核梯度形式进行修正,并将得到的局部矩阵对称化.数值结果表明:与传统SPH方法相比,FO-SSPH方法精度高、数值稳定性好; 该方法能较准确地直接施加混合边值 关键词： 瞬态热传导 光滑粒子动力学 非线性     

光电子能量角度分布和空间电荷效应对变像管条纹相机的影响

基于飞秒条纹相机系统和飞秒电子衍射系统设计需求,通过蒙特卡罗方法模拟研究了在阴栅加速区光电子能量、角度分布和空间电荷效应对光电子时间弥散和能量弥散的影响。确定了紫外和软X射线波段入射光电阴极时,光电子六种初始能量分布的时间弥散精确值。分析了光电子发射电流密度、加速电场和时间弥散的关系。发现了电子脉冲在加速区轴向速度的线性啁啾、能量弥散变化和在自由区不相同。     

基于特征圆单目视觉的飞机舵面角位移标定技术

提出了一种基于特征圆单目视觉的非接触式飞机舵面角位移标定技术。用一台数码摄像机对固定在飞机舵面上的特征圆进行拍照,经数字图像处理后确定五个特征点的坐标,利用针孔成像和射影变换原理建立物像空间坐标解算模型,计算出特征圆的法线相对方向和圆心的相对位置,舵面角位移由该圆的法线方向确定。仿真结果表明,该方法具有标定过程简单、实时、快速和准确的特点,标定精度可达到0.1°。该技术也可用于航天器上实时测量交会对接时的相对位姿参数。     

Matching of light fluxes in the analysis of measurement data with different space resolutions

We investigate the effect of the dimensions of instantaneous visual fields and the time of accumulation of a signal on the magnitude of light fluxes, recorded by means of charge-coupled device (CCD)-receivers, in scanning different kinds of surfaces. We show that, to compare light fluxes, it is necessary to introduce weight coefficients that take into account the time during which an area measured with a high space resolution is in the visual field of instrumentation with a low space resolution. Errors in the determination of light fluxes, when data obtained with a high space resolution are summed up with equal weight coefficients, have been evaluated. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 67, No. 1, pp. 123–126, January–February, 2000.     

瞬态热传导问题的复变量重构核粒子法

在重构核粒子法的基础上,引入复变量,讨论了复变量重构核粒子法.复变量重构核粒子法的优点是在构造形函数时采用一维基函数建立二维问题的修正函数.然后,将复变量重构核粒子法应用于瞬态热传导问题的求解,结合瞬态热传导问题的Galerkin积分弱形式,采用罚函数法引入本质边界条件,建立了瞬态热传导问题的复变量重构核粒子法,推导了相应的计算公式.与传统的重构核粒子法相比,复变量重构核粒子法具有计算量小、精度高的优点.最后通过数值算例证明了该方法的有效性. 关键词： 重构核粒子法 复变量重构核粒子法 修正函数 瞬态热传导问题     

A complex variable meshless local Petrov-Galerkin method for transient heat conduction problems

On the basis of the complex variable moving least-square （CVMLS） approximation, a complex variable meshless local Petrov-Galerkin （CVMLPG） method is presented for transient heat conduction problems. The method is developed based on the CVMLS approximation for constructing shape functions at scattered points, and the Heaviside step function is used as a test function in each sub-domain to avoid the need for a domain integral in symmetric weak form. In the construction of the well-performed shape function, the trial function of a two-dimensional （2D） problem is formed with a one-dimensional （1D） basis function, thus improving computational efficiency. The numerical results are compared with the exact solutions of the problems and the finite element method （FEM）. This comparison illustrates the accuracy as well as the capability of the CVMLPG method.     

样本空间排序法评价瞬时辐照无失效数据研究

为降低瞬时辐照抽样检验中现行经典非参数法的评价结果的保守性,引入样本空间排序法,从理论和实例两方面计算无失效数据的生存概率置信下限,并与经典非参数法进行对比。结果是,样本空间排序法不仅提高生存概率的置信下限,还增大这些置信限所对应的剂量率范围。该研究结果表明样本空间排序法提高了数据利用率,降低了保守性,可减少试验成本。