We experimentally evaluate and optimize the time constant of solar irradiance absolute radiometer (SIAR). The systemic error introduced by variable time constant is studied by a finite element method. The results shown that, with a classic time constant of 30 s for SIAR, the systemic errors are 0.06% in the midday and 0.275% in the morning and afternoon. The uncertainty level which can be considered negligible for SIAR is also investigated, and it is suggested that the uncertainty level has to be less than 0.02%. Then, combining the requirement of international comparison with these two conclusions, we conclude that the suitable time constant for SIAR is 20 s.

为了基于测温电阻实现空间低温辐射计的腔温测量,研究了系统的电子学测量精度和测量稳定度.结合实际电子学需求,进行方案设计和器件选型,提出了一种新型的基于超低噪基准源LTZ1000ACH,四线制柱状锗电阻GR1400-AA和24位模数转换器LTC2400的对偶相消式精密电压测量系统. 对于整个链路信噪比进行了逐级理论计算和分析,并通过电路仿真软件TINA-TI对系统幅频特性和温度响应特性进行了仿真分析,最后在77K液氮环境下对该系统进行了测温精度和长期稳定性测试.实验结果表明:锗电阻实际采样电压值在100 μV内波动,长期测量稳定度达到1×10-5;在77 K液氮环境下,系统测温精度达到4 mK,长期稳定性达到1×10-5.得到的结果基本满足空间低温辐射计电子学部分的设计指标要求.

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.

由于FY-3(01)星和FY-3(02)星宽视场扫描式太阳辐射监测仪(SIM)测量时间短、精度低, 本文利用FY-3(03)星SIM实现了太阳的高精度跟踪测量。首先, 分析了SIM太阳跟踪精度指标、跟踪转动范围, 测试并确定了数字太阳敏感器(DSS)的视场范围、频率、分辨率, 标定了DSS在轨像面辐照度。为消除跟踪抖动现象, 分析测试了控制时间间隔和跟踪精度的关系, 确定了理想控制时间间隔为500 ms。外场和在轨实验结果表明, SIM太阳跟踪精度优于±0.1°, 俯仰在轨跟踪精度为0.029°, 偏航在轨跟踪精度为0.025°, 原始太阳总辐照度(TSI)值为1 353.1 W/m2。另外, DSS太阳指向精确, 跟踪控制可靠, 大幅增加了TSI监测时间。FY-3(03)星SIM在太阳同步轨道卫星上实现了TSI的太阳跟踪测量, 跟踪精度是国际空间站(ISS)同类载荷CPD跟踪精度的10倍。

采用宽视场设计, 逐轨扫描太阳式测量方式的FY-3A太阳辐射监测仪, 结合在轨一年半的太阳辐照度观测数据和地面实验与理论分析, 研究了影响定标精度的因素, 给出了修正方程和曲线, 并通过与世界辐射基准(WRR)的地面外场定标实验, 得到了FY-3A上的三台绝对辐射计的比例系数R1=1.008 3, R2=1.006 6和R3=1.006 5。日地距离的理论分析和实际太阳辐照度测量曲线均证明: 地球近日点太阳辐照度值最大, 远日点太阳辐照度值最小, 且在±3.34%范围内随日期变化。利用天文公式, 结合遥感源包中的准确测量时间, 给出了日、地修正系数。另外, 分析了冷空间背景辐射对定标精度的影响, 给出了冷空间辐射值的计算公式, 并结合宽视场设计和扫描式测量的特点, 重点分析了采光结束时刻和刚捕获太阳光时刻入射角的差异给辐照度测量带来的影响, 通过几何关系给出了入射角修正系数方程及修正曲线。最后, 综合各定标修正系数, 给出了在轨定标方程和定标曲线, 并分析了定标精度。

介绍了我国自主研制的太阳辐照绝对辐射计(SIARs)的原理和结构,该辐射计主要有两个创新点,即把电加热导线埋入锥腔壁以提高光电等效性和用无源热电温度传感器代替有源电阻温度传感器。SIARs参加了第九届和第十届国际日射(强度)计比对(IPC-IV和IPC-X), 同世界辐射基准(WRR)在02％以内符合。 置于世界辐射中心(WRC)的用于保存和传递WRR的世界标准(辐射计)组(WSG)上的两台SIARs已同WSG仪器进行了6年的比对测量,性能稳定,不确定度在02％以内。“神舟三号”飞船应用SIARs构成的太阳常数监测器进行了5个月的在轨测量,与同期国外星上测量数据在02％以内吻合。采用3台SIARs构成的“风云三号”卫星太阳辐射监测仪从2008年6月起也已经开始了长期的在轨测量。