摘要：基于长光辰芯公司的背照式CMOS探测器GSENSE400和Xilinx公司的Virtex-4FPGA,设计了紫外遥感仪器高速CMOS成像电子学系统,包括探测器驱动电路、低噪声偏置电源电路及时序控制单元等。在接收高速图像数据时,针对传统的通道训练方法只考虑了线路上的随机性抖动而没有考虑固定性抖动的问题,提出了一种新的训练策略,增加了对采样数据正确性的判断,提高了对数据眼图有效窗口识别的准确度。为了克服在随后的图像数据传输过程中由于温度变化和电压漂移引起的采样点的再次偏移,提出了一种实时窗口监视算法,在不影响数据正常传输的情况下,利用监视通道实时监测采样点与有效窗口左右边界的距离,根据需要及时重新调整线路延时,使采样点始终位于比有效窗口更小的一个安全采样窗口内,由此保证了图像数据长时间接收的高可靠性。设计的高速CMOS成像电子学系统工作稳定,输出图像数据率最高可达2.4Gb/s,读出噪声为1.72e-,动态范围94dB,满足载荷的任务需求。

摘要：提出了一种将全景成像系统应用到大气临边探测的光学系统设计方案。首先考虑到特殊的工作波段以及创新性应用,根据应用技术指标,在传统全景环形透镜的基础上,结合探测器尺寸限制,精细调整四个球面的曲率半径,以便得到最佳光学传递函数。然后基于像差理论设计中继镜组系统,补偿全景环形透镜产生的像差,采用折射率n以及阿贝常数ν不同的双分离的正负透镜组合,负透镜采用熔石英,正透镜采用氟化钙,从而使色差最小。最后运用CODE-V光学设计软件对系统进行优化,列出重要的公差参数,为后续加工装调提出要求。优化结果表明,光学系统在各个视场的光学传递函数均达到了0.7以上,各视场能量集中度为80%的弥散圆直径均小于11μm,完全满足设计指标要求,也证明了将全景环形成像系统应用到紫外波段大气临边探测的方案是可行的。

摘要：研究了紫外成像光谱仪热控制的特点,指出采用常规热设计理念对紫外成像光谱仪散热容易造成散热面面积大、主动加热功耗高等问题。基于热管理技术,提出采用统一收集和综合管理仪器热源产生热量的方法来解决紫外成像光谱仪的热控制问题。对紫外成像光谱仪的热设计验证试验表明:低温工况下整机平均温度变化为18～20℃,最大轴向温差变化为1.0～2.4℃;高温工况下整机平均温度变化为18～24.5℃,最大轴向温差变化为1.2～3.3℃;均满足热控指标要求。结果显示:采用热管理技术综合收集和管理热量能够提高能量利用率、有效降低热控系统规模。提出的方法对其它空间光学遥感器的热控制具有一定参考意义。

摘要：研究了采用弹性双平行四边形结构的空间傅里叶变换红外光谱仪用全柔性机构,即运动角镜扫描机构(MovingCube-Corner)的设计。采用双平行四边形结构,使其运动自由度降为一维,并保证运动直线误差为±3μm。所采用的弹性结构不仅可以用于控制单自由度微位移机构,而且还可以控制微转角机构。结果表明:该机构特别适合空间仪器和机构所要求的无润滑、无磨损、长寿命的需要。

摘要：为提高大气臭氧观测中的临边大气反演精度,克服臭氧探测仪在轨热变形和卫星姿态误差对临边指向精度的影响,建立了在轨视轴临边指向的精度补偿方法。通过分析低星等恒星的能量和观测时机,设计合适的恒星观测窗口和积分时间;采用平板玻璃获取星点像的弥散斑,用阈值距心法计算恒星像在像面上的位置;然后根据卫星轨道和探测仪的几何结构,设计临边指向精度的在轨补偿方法并分析了补偿后的临边指向精度。地面对星观测实验的结果表明:采用恒星定位补偿法,可使星点像的定位误差小于1.83″,当前视轴的指向误差控制在±3.08″以内;在编码器的位置重复精度为±2.47″的条件下,使临边观测光轴位置上的扫描镜定位误差控制在±3.95″以内,臭氧探测仪临边指向精度达到±7.9″以上,完全满足反演所需的指向精度优于±12.4″的要求。

摘要：为了实现对大气层中辐射波长分布在真空紫外和近紫外波段(115～300nm)的粒子探测,完善大气遥感,设计了一种高分辨率成像光谱仪,并开展了原理样机的研制。根据国外已有载荷进行分析,选用了以离轴抛物镜为望远系统、Czerny-Turner结构为成像光谱系统的光学方案;针对真空紫外波段辐射弱的特点选取了带有MCP的二维光子计数型探测器。为了实现该光学系统的宽波段成像功能,在像差理论的基础上引入了几何与一阶微分的数学方法,解决了传统结构像差校正不均匀、空间分辨率低的缺点;最终设计得到了改进型的成像光谱仪。对设计结果进行模拟和光谱分辨率计算分析可知这种成像光谱仪全视场全波段调制传递函数值在0.6以上,光谱分辨率达到1.23nm,具有良好的性能。这种方案工程实现性好,性能优越,设计方法和设计结果合理可行。

摘要：临边成像光谱仪是一种对大气遥感探测有重要研究和应用价值的新型空间光学遥感仪器。从大气临边成像光谱探测的原理出发,设计并研制了光栅色散紫外/可见临边成像光谱仪原理样机。该样机采用宽波段折射式消色差前置望远光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配的结构型式,其中,前置望远光学系统为像方远心,光谱成像系统为物方远心。工作波段为540-780 nm（一级衍射光谱）和270-390 nm（二级衍射光谱）,通过切换可见、紫外带通滤光片来实现两个波段分别探测,质量为8 kg,体积为450 mm×250 mm×200 mm。实验检测结果表明,该样机的空间分辨率为0.45 mrad,光谱分辨率为1.3 nm,均满足设计指标要求,并且具有体积小、质量小等特点,适合空间遥感应用。

摘要：提出一种用于紫外临边成像光谱仪模数分离成像电路的系统设计方案,该方案避免了CCD模拟输出信号的板间传输和数字信号对模拟信号的干扰,使CCD信号处理电路的噪声水平达到了模拟前端数据手册中给出的2 LSB的性能指标。考虑CCD57-10 BI AIMO没有抗溢出结构,在饱和之前会发生电荷溢出现象,提出了临界溢出电子数的概念以取代饱和电子数,并通过增加转移时钟电压以加深势阱深度的方法,将临界溢出电子数从3.0×104提高到了6.0×104,保证了探测器可正确探测设计范围内的强光信号。为了实现更短的曝光时间以增加动态范围,在时序设计中引入了多次电荷倾倒的思想,在不降低探测器动态范围的前提下,将最短曝光时间由163 ms降低到了19 ms,实现了105系统动态范围的设计指标。

摘要：论述了地球临边及天底模式大气探测的原理,依据应用要求设计和研制出了具有全新探测模式的在近地球轨道能同时对地球临边和天底大气进行探测的紫外环形成像仪原理样机。该样机采用折反式光学系统,它的三个工作波段分别为285～295nm、305～315nm和350～360nm,能实现地球临边(对应大气垂直高度0～120km)多方位以及天底10°视场角内的成像探测,其探测数据被用于反演大气辐射多方位的空间分布及动态结构。最后对该原理样机的310、355两个通道进行了性能评价。结果表明,其空间分辨率和信噪比均达到设计指标要求,满足空间紫外遥感的应用。

摘要：为完善国内星载电离层成像光谱仪研究,设计了一种适用于120～180 nm波段探测的光学系统。根据探测目标特点,结合国外方案提出了以离轴抛物镜为物镜,超环面光栅为成像光谱系统的方案;为解决传统单光栅结构像差校正不均匀、空间分辨率低等缺点,结合光栅表面方程和光程函数方程进行了理论分析,获得了全波段像差纠正的处理方法;利用Matlab编程计算初始结构,并用Zemax设计优化,成功得到了F数为6.8,焦距为102.3 mm,具有良好空间分辨率和高光谱分辨率的星载电离层成像光谱仪系统。通过对结果进行分析可知,全系统的像差得到充分校正,全视场全波段调制传递函数值在0.7以上,光谱分辨率0.56 nm,满足设计指标要求,设计方法和设计结果合理可行。