为提高多角度偏振成像仪(DPC)的实验室几何定标精度,分析了平行光管发散角对像点定位精度的影响,建立了误差模型,并通过改进几何模型参数拟合时的目标方程来校正像点定位误差。对比验证实验结果表明,所提方法提升了基于平行光管的几何定标方法的定标精度,在视场角较大时提升效果更明显,当平行光管发散角为2°且入射视场角50°时,定标精度至少提升0.15 pixel。高精度的实验室几何定标将为DPC实现在轨高精度地理定位,多角度、多光谱及偏振图像配准提供精确的初始几何参数。

针对多角度偏振成像仪探测器光电性能的评估需求,研制一套图像传感器光电性能参数通用测试系统,并提出一种基于珀耳帖效应的热电制冷器和低温循环机相组合的探测器控温方法。实验结果表明积分球的光源稳定性为0.036%,照度均匀度≥99.3%,探测器制冷系统降温速率约为2.2 ℃/min,温控精度优于±0.15 ℃,实现在-10~25 ℃的工作温度范围内对量子效率、光响应不一致性、暗电流、满阱电荷和光响应非线性等关键性能参数的测量,多角度偏振成像仪探测器不同波长下的光响应不一致性优于3%,光响应非线性优于1%,工作温度升高至9 ℃暗电流增加1.25倍,近红外波段的量子效率变化3.58个百分点。探测器性能的评估为多角度偏振成像仪整机的性能测试和定标需求提供保障。

为降低探测器的热噪声和暗电流,研制了一套高精度和高稳定度科学级裸片探测器制冷系统。提出了一种基于低温循环机和薄膜电加热器组合的探测器控温方法,减小了测试光源及环境温度变化对器件自身性能的影响。实验结果表明,探测器制冷系统降温速率不大于0.6 ℃/min,控温精度优于±0.08 ℃,将该制冷系统应用于多角度偏振成像仪面阵探测器的光电性能测试,测试结果表明:探测器工作温度升高6.5 ℃,暗电流增加1倍左右,20 ℃时暗电流是0 ℃时的6.93倍。近红外波段的量子效率受温度影响较大,810 nm和900 nm波段在0~15 ℃工作区间内量子效率的温度变化率为0.2993% ℃ ^-1和0.4575% ℃ ^-1。探测器暗电流和光谱响应度的温度特性研究为多角度偏振成像仪在轨辐射定标的温度校正提供了依据。

为了从科学级面阵探测器中筛选出满足空间应用要求的具有高可靠性和稳定性的器件,针对星载面阵电荷耦合器件(CCD),开展了温度循环、随机振动及高温老炼等环境应力试验。设计了一套筛选专用的面阵CCD图像采集系统,并基于分段式均匀照明光源和连续可调谐均匀单色照明光源,对筛选前后面阵CCD的光电性能参数进行测试。通过对比筛选试验前后面阵CCD的暗电流、像元响应非一致性、量子效率及非线性误差等参数,分析面阵CCD的环境适应性,剔除早期失效或性能变化较大的探测器,从中筛选出性能最优的探测器,并将其应用于星载多角度偏振成像仪以进行大气遥感观测。试验结果表明,最终优选的探测器在筛选试验前后的量子效率最大变化为-2.56%,像元响应不一致性均小于3%,非线性误差均小于1%,筛选后暗电流为889.22 electron·(pixel·s -1) -1。研究结果为低等级面阵CCD筛选方法及CCD性能评估技术提供了重要参考。

为实现星载多角度偏振成像仪在环境模拟测试、装星测试等场合的检测要求,设计了一种具有多角度、 多光谱和偏振性能的测试光源。依据多角度偏振成像仪的工作原理及测试需求,开展了检校光源的设计, 完成的光源方案由29个多波段LED平行光管米字型排布构成。通过光学建模,分析了平行光管口径、 发散角及安装视场,并在辐亮度计算基础上,完成了LED选型及驱动设计,以及匀光扩散片、衰减片、 偏振片及退偏器等组件设计,实现了满足仪器多波段不同动态范围要求的均匀光斑照明及标 准偏振度源输出。最终检测结果表明,光源满足多视场点、多光谱、偏振特性测试要求,稳定 性优于99.2%,偏振度优于1%,重复安装精度优于1个像元；满足载荷辐射5%、偏振2%、 几何1像元的性能检测需求,以及通道切换功能监视等要求。

联轴器是偏振成像仪转动部件的核心零件之一,在仪器中承担传递扭矩、保障转轮高精度运转的功能。仪器本身特性要求联轴器 具有较小的变形反作用力、长寿命以及较高的传动精度。针对特性要求,首先设计了一款平行线切割式联轴器,并针对联轴器工作 特性进行了相应的仿真分析;然后设计联轴器的相关性能验证实验,包括变形力测试、长寿命测试以及传动精度测试。测试结果显示; 在仪器装调误差范围内,联轴器变形力最大为10.75 N,满足仪器轴承固体润滑膜层使用要求; 40000次启停实验后传动能力无明显下降,且传动精度为4.684×10-5,满足仪器寿命末期的 力矩传递与运行精度要求,证明联轴器满足成像仪的寿命与性能要求。