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紫外临边成像光谱仪的热控制技术研究

文献类型:学位论文

作者宋昕
学位类别博士
答辩日期2014-07
授予单位中国科学院大学
导师吴清文
学位专业机械制造及其自动化
中文摘要在80年代,空间遥感技术得到了飞跃性的发展,出现了一种新型的遥感器——成像光谱仪。它是一种既能够接收地物目标的影像又能够接收观测目标的光谱组成的遥感器,是一种性能完备、“谱像合一”的遥感器,本身获得的数据具有波段多、光谱分辨率高等特点。空间紫外光学遥感技术是除可见、近红外、热红外和微波遥感以外的一个具有突出优势的遥感领域。随着遥感技术的发展,大气遥感被广泛应用于气象卫星、空间实验室、飞机和地面气象观测。随着人类对大气遥感研究的深入,空间电离层高层大气对人类的意义越来越重要,高层大气遥感成为了地球空间科学所关注的重点。为此我们国家也开展了对这一技术的研究,开展了地球临边成像光谱仪这种新型的空间光学遥感仪器的科研工作。为了保证临边成像光谱仪在星载轨道上的正常运行,热控分系统的合理可靠和有效是整个工程设计的一个重要任务。在空间环境中,温度成为了影响光学系统成像质量的主要影响源,如何采取简单、有效的热控措施,保证光谱仪在空间热环境下具有可靠的光学性能和成像质量是首要任务。 本文以正在研制的XX-X临边成像光谱仪为研究对象,开展热控技术研究工作,从系统工程观点出发,针对相机系统整个应用生命周期,根据光谱仪的结构特点和飞行任务的要求,以及飞行环境的约束,提出了合理的热设计方案,提出针对紫外波段空间遥感器的热控需求。 论文简要概述了成像光谱以和紫外光学遥感器的发展现状及趋势,分析了紫外光学遥感器采用热控技术的必要性,结合国内外紫外光学遥感器热控技术,总结了紫外光学遥感器热控技术的特点。 论文从临边光谱成像仪的结构特点、工作环境和温度场分布的影响因素入手,分析XX-X紫外临边成像光谱仪的热控需求,以及热控任务,总结了紫外成像光谱仪热控制技术的难点,提出了详细的热设计方案,包括前向光谱仪、环形成像仪、紫外电控箱等重要部件的热设计。 论文建立了紫外临边成像光谱仪的有限元热模型,对热控系统进行了热分析。通过对光谱仪的分析计算结果,对光谱仪的热设计进行优化修改,最终确定紫外成像光谱仪在轻量化、小型化的工程设计特点下的热设计方案。 论文根据成像光谱仪内各组成部分热源分布情况以及所处环境条件,确定高低温极端工况,利用IDEAS有限元软件对低温工况各个阶段进行了仿真计算,分析结果表明热控方案满足系统要求。 论文对光谱仪进行热光学试验和热真空平衡试验,证明了理论分析的准确性和温控指标的合理性,并获得了稳定、清晰的高质量图像。试验结果表明,热控方案正确、有效,满足了热控指标。 临边成像光谱仪热设计方案的研究,为今后的紫外多波段空间光学遥感器的研究发展奠定了技术基础。
英文摘要In  the  1980s,  space  remote  sensing  technology  achieve  great  development,  a  new  kind  of  remote  sensor  called  imaging  spectrometer  was developed.Imaging  spectrometer  can  receive  the  image  of  object  target  and  receive  the  spectrum  of  observation targt,it  is a perfect performance  remote sensors.  The  data obtained have  characteristics  with band,  high spectral resolution,  etc.  In addition to  visible,  near  infrared, thermal  infrared and  microwave  remote sensing,  space  ultraviolet remote  sensing  technology  is  one  who  has  a  prominent  advantage  of  remote  sensing  field.With  the  development  of  remote  sensing  technology,  atmospheric  remote  rensing is widely used in meteorological satellite, aircraft and ground meteorological  observation,  space  laboratory.  With  the  deepening  of  atmospheric  remote  sensing  research, the meaning of ionosphere upper atmosphere  is  more  and more important  for  human space, the  upper atmosphere remote sensing becomes  the  focus by the  earth's  space  science. In our country  has carried out the study of this  technology,  carried out the earth limb imaging spectrometer the scientific work of this new type  of space optical remote sensing instruments.  In order to ensure that the limb imaging  spectrometer in the spaceborne orbit can normal operation,  an important task  of the  whole  project  design  is  the  rationality,  reliability  and  validity  of  therma l  control  subsystem.  In the space environment, temperature is the major  impact  source of the  imaging quality  by  optical  system.  The priority  used simple and effective  thermal  control  measures   to  ensure  the  spectrometer  in  space  thermal  environment  has  reliable  optical  performance  and image  quality.  This paper is being developed XX-X limb imaging spectrometer for the study,  carried out thermal control  technology research,  from  systems engineering point of  view,  for the  spectrometer system  throughout the application  lifecycle,according to  the requirement of the structural characteristics 、mission and the flight conditions of spectrometer,  put  forward  a  reasonable  thermal  design,and  put  forward  thermal  control  requirements  for space ultraviolet  remote sensor  Paper provided a brief overview of development present situation and trend for imaging  spectrometer  and  ultraviolet  remote  sensor.   Analysis  the  necessity  of  thermal  control  technology  of  the  ultraviolet  remote  sensor,  combined  with  the  thermal  control  technology  of  ultraviolet  optical  remote  sensor  in  domestic  and  overseas,  summarizes  the  characteristics  of  the  ultraviolet  remote  sensing  thermal  control  technology  .  Papers  from  the  structural  characteristics  of  limb  imaging  spectrometer,  the  working environment and  factors  influencing of temperature distribution, analyzes thermal control  needs of  XX-X  ultraviolet  limb  imaging spectrometer and  thermal  control task, summed  up  the  ultraviolet  imaging spectrometer which  have  thermal  control  technology  difficulties,  propose  a  detailed  thermal  design,  including  the  forward spectrometer, annular  imager, UV-electric control boxes and other thermal  design.  Paper  established  a  finite  element  thermal  model  of  ultraviolet  limb  imaging  spectrometer, thermal control system for the thermal analysis.  Through the analysis and calculation  results  of  the  spectrometer,  and  optimize  the  thermal  design  of  spectrometer changes, eventually determine  ultraviolet  imaging  spectrometer under the  engineering  characteristics  of  lightweight  miniaturization  of  thermal  design  scheme. Each  component  in  the  paper  according  to  the  imaging  spectrometer  of  heat  distribution and environment conditions, determine  the extreme  working condition  of  high and  low temperature,  low temperature  working condition of each stage to  make  use  of  finite  element  software  IDEAS  for  the  simulation  calculation,  the  analysis  results  show  that  thermal  control  scheme  satisfies  the  requirement  of  system.  Paper  spectrometer   for  thermal  balance  test  and   thermal   vacuum  optical  experiment,  prove  the  rationality  of  the  theoretical  analysis  and  the  accuracy  of  temperature control  index, and obtain a stable,  high quality  image clearly. The test  results  show  that  the  thermal  control  scheme  is  correct,  effective  and  meet  the  thermal  control  indicators.  Limb imaging spectrometer study of thermal design for the future of ultraviolet multichannel  space  optical  remote  sensor  research  and  development  laid  a  solid  technical  foundation.
语种中文
公开日期2014-08-21
源URL[http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/41465]  
专题长春光学精密机械与物理研究所_中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式
GB/T 7714
宋昕. 紫外临边成像光谱仪的热控制技术研究[D]. 中国科学院大学. 2014.

入库方式: OAI收割

来源:长春光学精密机械与物理研究所

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