国家自然科学基金(41227003)
- 作品数：12 被引量：53H指数：6
- 相关作者：方伟王玉鹏叶新杨振岭宋宝奇更多>>
- 相关机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院大学国家卫星气象中心更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家高技术研究发展计划更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术天文地球航空宇航科学技术机械工程更多>>
- 太阳辐照度绝对辐射计吸收腔结构优化被引量：5
- 2018年
- 为了获得太阳辐照度绝对辐射计中吸收腔的最优结构参数,需要对结构中吸收腔-热连接-热沉构成的传热链进行热分析。基于Ansys软件的有限元方法,给出了上述传热链的仿真模型,并计算得到了仿真结构的温度响应曲线;通过改变吸收腔的结构参数(尺寸、材料等),探究了不同参数下传热状态的变化及其原因;通过分析仿真结果确定了吸收腔最优结构参数。仿真结果表明:在环境温度为常温(298K)、加热功率为50mW的情况下,吸收腔最优结构参数为壁厚0.07mm/锥顶角30°/帽檐宽度2.2mm/银质,此时辐射计的时间常数为11.501s、响应度为1.391K;同等条件下进行实验,测得时间常数为11.487s,响应度为1.397K,与仿真结果相比,误差分别为0.12%和0.43%。仿真结果基本符合理论推导,所得数据具有足够的可靠性,证明该模型可以指导绝对辐射计优化设计,提高其工作性能。
- 高鑫王凯方伟
- 关键词：有限元方法
- 真空环境中太阳辐照度绝对辐射计腔温响应的变化及其影响被引量：5
- 2013年
- 为了考察真空环境对太阳辐照度绝对辐射计辐射测量值及其对世界辐射基准修正系数的影响,提高在轨辐射测量值向世界辐射基准的溯源精度,改善不同仪器在轨辐射量值的一致性,进行了真空环境中太阳辐照度绝对辐射计腔温响应变化及其影响的测量和评估。真空环境中,由于缺少了空气对流这一传热途径,使得在相同的加热功率下,辐射计腔温响应的时间常数变长,并且平衡温度升高,导致辐射计黑体腔响应度明显降低。在真空和空气中,对相同的测量目标进行辐射测量,结果表明由于真空中黑体腔时间常数和响应度的变化,导致测量的辐射功率有0.15%的相对偏差,进而造成真空环境中的辐射测量值向世界辐射基准的修正系数发生0.15%的相对变化。
- 杨振岭方伟宋宝奇骆杨王玉鹏
- 中/长波红外双衍射级次共路Offner成像光谱仪被引量：9
- 2015年
- 为提高成像光谱仪的工作波长范围,提出了基于双波段焦平面探测器（FPAs）的双衍射级次全共路Offner成像光谱仪结构。该结构中凸面光栅的一级衍射光和二级衍射光完全重叠共路传输,并可由焦平面处的双波段红外焦平面探测器IR FPAs实现级次的自然分离和同时探测。分析了该结构的工作原理和设计方法,基于几何光线追迹法仿真了谱线弯曲和色畸变特性,基于Huygens点扩散函数（PSF）仿真了光谱响应函数（SRF）并导出了光谱带宽。实验显示：双衍射级次共路Offner成像光谱仪的工作波段为3~6μm（二级衍射）和6~12μm（一级衍射）,谱线弯曲和色畸变均小于0.5个像元宽度,光谱带宽分别为13.2~14.3nm（二级衍射）和28.3~33.3nm（一级衍射）,两个工作波段内的衍射效率均大于或等于20%。整个系统结构简单紧凑、光谱范围宽,满足对地物或深空目标的中等分辨率的中远红外光谱探测需求。
- 张浩方伟叶新姜明宋宝奇
- 关键词：成像光谱仪
- 小型宽光谱太阳光谱仪光学设计被引量：1
- 2015年
- 针对大气层外的太阳光谱辐照度监测,设计了一种星载小型宽光谱太阳光谱仪。光学系统应用改进的切尔尼-特纳光学结构,工作波长范围为600~1 200 nm（二级光谱）和1 200~2 400 nm（一级光谱）;一二级光谱使用二向色分光镜分离,并采用两片线阵探测器同时接收,实现全谱瞬态直读。整个光学结构的尺寸为80 mm×55 mm×20 mm。经过系统优化,全谱段子午方向像差低于6μm。基于惠更斯点扩散函数（PSF）,仿真探测器像元的光谱响应函数（SRF）,结果表明光谱分辨率在600~1 200 nm波段优于2 nm,在1 200~2 400 nm波段优于4 nm。系统结构简单紧凑,稳定性高,适合用于空间太阳光谱辐照度的在轨监测。
- 高震宇方伟张浩杨振岭王玉鹏
- 关键词：太阳光谱仪点扩散函数光谱响应函数
- 低温辐射计斜底腔吸收比测量被引量：7
- 2015年
- 考虑在轨绝对辐射定标基准辐射计(ARCPR)要求其测量太阳总辐照度(TSI)的TSI腔的吸收比优于0.999 9,同时测量不确定度在0.001%以下,本文提出采用在空间和低温环境下性能优越的圆柱形斜底腔作为标定太阳总辐照度的黑体腔,并对斜底腔吸收比进行了测量与研究。介绍了斜底腔的特性,分析了低温辐射计多使用斜底腔作为黑体腔的原因。阐述了替代法测量腔体吸收比的原理,增加了参考光路用于监测激光功率,以提高测量重复性和准确性。通过测量信号与参考光路信号的比值计算了斜体腔的吸收比,并对测量结果进行了不确定度分析。测试实验显示,斜底腔吸收比为0.999 928±0.000 005,优于ARCPR对标定黑体腔的要求,验证了将斜底腔作为测量太阳总辐照度的TSI腔的可行性。实验还表明:计算信号电压与参考电压比值,通过比值计算腔体吸收比的方法可以提高测量结果的不确定度,适用于测量超高吸收比腔体的吸收比。
- 衣小龙杨振岭叶新王凯方伟王玉鹏
- 关键词：低温辐射计
- 太阳辐照度绝对辐射计真空中腔温响应测量被引量：3
- 2013年
- 为了对风云三号C星太阳辐射监测仪的太阳辐照度绝对辐射计的在轨性能进行定量表征,进行了正样产品的太阳辐照度绝对辐射计真空环境中腔温响应特性的测量工作。相同加热功率下的辐射计腔温瞬态响应表明,由于缺少空气对流这一传热途径,使得真空环境中辐射计腔温趋于平衡的时间常数延长为29.23 s,所以标定主腔温升单位输出码值对应的加热功率时,采样时间应该设定为5 min。真空环境中主腔温升的输出码值与所加加热功率之间经测量为良好的线性关系,稳定性良好,保证了绝对辐射计在轨的测量性能。不同采样时间的辐照度测量结果表明,尽管测量过程中主腔温度变化较小,但也需要足够长的采样时间才能使腔温达到平衡值。因此FY-3C星太阳辐射监测仪在轨测量时自测试和辐照度测量均应将采样时间设定为5 min。
- 杨振岭方伟叶新
- 关键词：时间常数
- 太阳辐照绝对辐射计主光阑面积测量被引量：4
- 2015年
- 精确且已知面积的主光阑对于搭载在气象卫星上的太阳辐照绝对辐射计(SIAR)有着重要作用,其带来的不确定度分量是太阳辐射计测量辐照度不确定度的重要组成部分。有效面积法是一种测量主光阑面积的方法,其通过叠加高斯光束形成一个统一的照度均匀分布的光源区域,利用辐射测量中光阑对光束的限制效应定义主光阑面积。对SIAR进行简单介绍,主要对有效面积法的测量原理进行理论分析及模拟仿真,提出了具体搭建测量装置的方案,并对主光阑面积进行测量,测量合成不确定度达到8.2×10-5。该测量方法提高了太阳辐照绝对辐射计主光阑面积的测量精度,使得太阳辐照绝对辐射计测量辐照度的标准不确定度从8×10-4提高到6.3×10-4。
- 陈祥子方伟杨振岭夏志伟王玉鹏
- 星载太阳辐射监测仪的太阳程控跟踪精度被引量：6
- 2015年
- 为了避免太阳敏感器(DSS)指向故障导致星载太阳辐射监测仪(SIM)功能失效,为风云三号(FY-3(03))卫星的太阳辐射监测仪(SIM)设计了备份跟踪方式程控太阳跟踪并分析了其跟踪精度。利用星上儒略日时间和卫星轨道瞬根,基于类基准地表辐射网(BSRN)算法推导了轨道坐标系太阳矢量、俯仰角和偏航角。将计算结果与卫星给定指向数据进行了比较。结果表明:太阳矢量三轴偏差均小于0.1°,俯仰角平均偏差为0.024 6°,偏航角平均偏差为-0.080 4°。对利用程序计算的多轨道指向数据进行了太阳模拟跟踪控制实验,结果表明:SIM俯仰跟踪控制精度优于0.1°,偏航跟踪控制精度优于0.05°。为保证在轨跟踪精度,试验了俯仰零点角和偏航零点角,其分别为80.46°和-36.96°。最终分析结果表明,俯仰程控跟踪不确定度为±0.318°,偏航程控跟踪不确定度为±0.316°,满足SIM太阳跟踪精度±0.5°的要求。设计的太阳程控跟踪降低了SIM对光学指向器件的依赖,提高了在轨太阳跟踪的可靠性。
- 杨东军方伟叶新宋宝奇
- 关键词：太阳跟踪太阳同步轨道
- 风云三号C星太阳总辐照度观测结果分析被引量：1
- 2015年
- 第二代极轨气象卫星风云三号C星(FY-3C)携带的太阳辐射监测仪(Solar Irradiance Monitor,SIM)是FY-3A/B星上同类载荷的改进型,称为太阳辐射监测仪II型(SIM-II).针对SIM-II在轨观测获取的日地平均距离处太阳总辐照度数据,通过与国外同类产品以及太阳黑子数据进行对比分析,检验SIM-II太阳总辐照度产品精度,评估仪器在轨观测能力.比对结果显示,SIM-II太阳总辐照度数据与国外同类产品相比在变化趋势上具有很好的一致性,与美国NASA发射的太阳辐射和气候变化试验卫星(Solar Radiation and Climate Experiment,SORCE)/总辐照度监测仪(Total Irradiance Monitor,TIM)产品的相对均方根偏差约为87×10?6,与比利时皇家气象研究所(RMIB)基于多个星基太阳总辐射观测数据处理得到的太阳总辐照度合成数据(简称RMIB数据)的相对均方根偏差约为140×10?6.SIM-II太阳总辐照度与太阳黑子数的相关性分析结果显示二者在极值分布上具有较好的对应;针对2014年10月太阳超强活动过程的监测结果显示,SIM-II和TIM观测的太阳总辐照度变化与太阳黑子面积变化相关,当太阳黑子面积增大2470时,SIM-II监测到的太阳总辐照度变化为?2.94 W/m2,TIM监测结果为?2.98 W/m2,说明SIM-II的观测结果能够定量反映由太阳活动导致的辐射能量变化.研究表明,FY-3C星太阳总辐照度数据已达到国际同类产品的观测精度,可以用于太阳活动及气候变化监测等相关研究.
- 齐瑾张鹏邱红方伟叶新王玉鹏
- 关键词：太阳黑子
- 精指向自解锁星载太阳指向器设计与应用被引量：6
- 2016年
- 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。
- 王玉鹏王凯贾瑞栋方伟
