中红外能量比较系统的研制

论文摘要

我国是少数几个能独立完成卫星发射任务的国家之一。随着科学技术不断发展，特别是深空探测技术的发展，迫切地要求提高卫星数据的准确度以及对卫星数据进行定量化处理。但我国卫星数据的利用率一直不高，我国遥感数据提取利用率还不到获取量的5%。究其原因，星上定标系统中的定标黑体的辐射特性评估理论和评价特性不完善是限制卫星数据利用率的主要原因之一，因此校准星上定标系统中定标黑体特性的这项工作具有重要意义。目前，国内外对于黑体发射率的研究较多的是进行理论上的评估。特别是对于大口径面源黑体的研究，目前我国尚无实用可靠的评估方法。而且我国在低温黑体辐射特性校准方面的研究也尚在进行中。针对这一现状，本文采用能量比较法将星上定标黑体——低温面源黑体的有效发射率溯源到实验室标准空腔黑体，进而设计了中红外能量比较仪系统。本文的研究内容主要包括以下几方面。以黑体的三大辐射定律为理论基础，在总结研究现有的黑体辐射特性评估理论和常用的黑体辐射校准装置的基础上，结合本课题的实际情况，采用能量比较法实现面源黑体发射率传递，建立发射率传递的数学模型。根据建立的发射率传递数学模型，设计系统的总体方案，搭建能量比较系统的硬件平台，包括光学传递系统、调制盘系统、前置和锁相放大器、数据采集模块以及量程控制系统等。然后以LabVIEW2010为软件开发平台，编写系统的测量以及数据处理软件。采用研制出的比较仪系统，在要求的温度范围内的不同温度下，对标准空腔黑体和待测面源黑体进行大量的测试实验，得出的低温面源黑体发射率的值为0.930，符合理论计算的范围，且在该次测量下得到发射率传递不确定度为0.7%，满足技术要求的1%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 黑体辐射特性评估理论
• 1.3 面源黑体校准技术的国内外研究现状
• 1.3.1 常温面源黑体的校准方法
• 1.3.2 中温面源黑体的校准方法
• 1.3.3 面源黑体校准方法总结
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 黑体及发射率传递数学模型建立
• 2.1 引言
• 2.2 黑体
• 2.2.1 黑体三大基本定律
• 2.2.2 黑体发射率
• 2.2.3 黑体的分类
• 2.2.4 低温黑体
• 2.3 发射率传递数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统总体方案及硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 技术指标及总体方案设计
• 3.2.1 技术指标要求
• 3.2.2 总体方案设计
• 3.3 光学系统的设计
• 3.3.1 光学系统结构设计
• 3.3.2 消除杂散辐射设计
• 3.4 调制盘的设计
• 3.5 红外探测器
• 3.5.1 红外探测器的分类
• 3.5.2 红外探测器的性能指标
• 3.5.3 碲镉汞红外探测器的选用
• 3.6 放大电路设计
• 3.6.1 前置放大电路的设计
• 3.6.2 锁相放大电路的设计
• 3.7 模/数转换电路
• 3.8 量程控制电路
• 3.9 电路抗干扰措施
• 3.10 本章小结
• 第4章 软件系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 微弱信号检测
• 4.3 编程语言的选择
• 4.4 锁相放大器参数计算程序的设计
• 4.4.1 带通滤波器参数计算程序
• 4.4.2 移相电路参数计算程序
• 4.5 比较仪系统上位机软件设计
• 4.5.1 软件设计要求
• 4.5.2 软件系统总体设计
• 4.5.3 数据采集程序
• 4.5.4 串口通讯程序
• 4.5.5 量程选择程序
• 4.5.6 数据保存程序
• 4.5.7 发射率传递程序
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验结果及不确定度分析
• 5.1 引言
• 5.2 中红外能量比较系统性能测试实验
• 5.2.1 重复性测试
• 5.2.2 稳定性测试
• 5.3 发射率传递实验
• 5.4 不确定度评定
• 5.4.1 标准不确定度评定
• 5.4.2 合成不确定度评定
• 5.5 发射率传递不确定度分析
• 1'>5.5.1 标准空腔黑体发射率引入的不确定度u₁
• 2， u₃'>5.5.2 黑体辐射量重复性测量引入的不确定度u₂， u₃
• 5.5.3 系统不确定度合成
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢