利用有限元软件对低温绝对辐射计热沉在测量过程中的动态响应进行了研究，分析了影响热沉平衡温度的关键因素和不同结构下热沉对应的温度变化，并对比了304号不锈钢、6061铝合金和无氧高导铜材料作为热链接时热沉的响应状态。结果表明，低比热容和低热导率的热链接材料是未来低温辐射计发展的首选。另外，对辐射计结构进行合理的调节可以实现对热沉平衡温度的有效控制。

为了提高星载光辐射测量精度，满足在轨测量数据向世界辐射参考标准溯源的需求，运用有限元单元法对太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)的光电不等效性进行修正。SIAR 采用典型的正圆锥腔结构及加热丝直接埋入银锥腔工艺，其光电不等效性源于激光加热照射时一次反射引起的偏差。针对该偏差定量修正难度较大的特点，结合SIAR 腔组件的实际结构，建立与实验测量结果最大相对误差仅为0.86%的有限元体系，并运用该体系对SIAR 的光电不等效性进行定量修正。修正结果表明，光束的一次反射引起了激光加热和电加热阶段的不同功率分布，其光电不等效性因子为1.0000589，不确定度为3.4×10^-6。运用该因子对测量数据进行修正，得到SIAR 的太阳总辐照度实际测量结果为(1365.70 ± 1.24) W/m²。该修正完善了绝对辐射计的修正体系。

考虑在轨绝对辐射定标基准辐射计(ARCPR)要求其测量太阳总辐照度(TSI)的TSI腔的吸收比优于0.999 9，同时测量不确定度在0.001%以下， 本文提出采用在空间和低温环境下性能优越的圆柱形斜底腔作为标定太阳总辐照度的黑体腔，并对斜底腔吸收比进行了测量与研究。介绍了斜底腔的特性，分析了低温辐射计多使用斜底腔作为黑体腔的原因。阐述了替代法测量腔体吸收比的原理，增加了参考光路用于监测激光功率，以提高测量重复性和准确性。通过测量信号与参考光路信号的比值计算了斜体腔的吸收比，并对测量结果进行了不确定度分析。测试实验显示，斜底腔吸收比为0.999 928±0.000 005， 优于ARCPR对标定黑体腔的要求,验证了将斜底腔作为测量太阳总辐照度的TSI腔的可行性。实验还表明: 计算信号电压与参考电压比值，通过比值计算腔体吸收比的方法可以提高测量结果的不确定度，适用于测量超高吸收比腔体的吸收比。

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。

简述了在不同航天任务上测量太阳总辐射的各种辐射计，以及这些辐射计的结构、仪器特性、原理和运行等。这些空间辐射计大多数采用电标定的原理，以腔体探测器作为感知太阳总辐射的传感器。讨论了空间辐射计寻日方式对太阳总辐射测量精度的影响。最后，结合以往宇航任务中太阳总辐射测量的历史和经验，简述了高精度测量太阳总辐射空间辐射计的发展趋势。

为了准确测量太阳总量辐射，研制了具备自动跟踪能力的太阳辐照绝对辐射计SIAR-3a。介绍了SIAR-3a的原理，提出了双轴太阳跟踪的控制方法。SIAR-3a采用电来标定待测量的太阳总量辐射，可以在测量太阳总量辐射的同时较为准确地跟踪太阳。标定实验中，SIAR-3a在3σ范围内的相对均方根误差是006%，已经标定到了保存在瑞士达沃斯世界辐射中心的世界辐射基准。太阳辐照实验结果表明，SIAR-3a工作可靠，测量结果准确。