对某型号卫星红外地平仪用直流无刷电机在卫星测试过程中出现的电机电流遥测数据波动现象进行了研究。该红外地平仪选用的直流无刷电机具有低转速、小负载特性。通过对该型直流无刷电机的稳速驱动电路进行分析,根据电路锁相工作原理,阐明了电机电流遥测数据波动现象的成因。机理分析表明,直流无刷电机电流遥测数据波动现象是由于电机换相时产生的电流尖峰被采样电路采样到所致,不影响电机的安全可靠工作,也不影响产品在地面及在轨工作的使用寿命。通过对采样信号生成软件进行优化,可有效避免电机电流遥测数据波动现象。
红外地平仪 遥测数据 锁相环 采样 infrared earth sensor telemetric data phase-locked loop sampling
中国科学院上海技术物理研究所， 上海 200083
介绍了红外 地平仪探头的布局和姿态解算公式，然后提出了一种利用卫星工具包软件(Satellite Tool Kit, STK)建立地平仪仿真模型的方法。利用 该模型对地平仪进行了动态仿真并获取了探测图像。最后，利用获取图像解算出了卫星姿态并给出 了不同工况下的仿真结果。该方法可以在项目开发早期帮助确定地平仪方案，以避免不必要的 重复工作。
红外地平仪 数值仿真 IR horizon sensor numerical simulation STK STK
1 中国科学院上海技术物理研究所传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
3 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083
4 中国科学院上海技术物理研究所热敏探测器组，上海 200083
红外地平仪是卫星姿态控制系统的重要设备之一，而热敏电阻红外探头又是 红外地平仪的一个关键部件，其质量会直接影响地平仪的性能和可靠性。随着近代空间技术的 不断发展，下一代红外地平仪对研制高可靠性、长线列的红外热敏探测器的需求日益迫切。近 年来，人们采用化学溶液法在制备锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O或MCN)薄膜材料方面取得了突破。该材料的 致密性远远超过陶瓷体材料，可以为长寿命、高可靠性的热敏器件提供一个很好的解决方案。而MCN 薄膜型探测器的类微电子制备技术也为实现长线列的多元热敏探测器奠定了基础。采用微 电子工艺制作了地平仪用锰钴镍薄膜型红外热敏探测器，并对其中的一些关键工艺(如刻蚀和 退火等)进行了颇有裨益的研究。这些新工艺和新方法对于实现薄膜热敏红外探测器在我国空间观测与遥感技术领 域的工程应用以及提高红外地平仪的可靠性和使用寿命都有着重要意义。
锰钴镍氧 薄膜 热敏探测器 红外地平仪 制备技术 Mn-Co-Ni-O thin film thermistor detector infrared horizon sensor preparation technology
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
卫星姿态变化时,静态红外地平仪的成像面与地平圆之间的夹角也会随着变化,因此会造成地平圆在地平仪成像面上成像的变化,进而导致地平仪大角度测量误差增大.为解决此问题,建立了随卫星姿态变化时地平圆在静态外红地平仪成像面上的成像模型,通过 STK仿真对该模型进行验证,并给出了一种基于该模型的地平仪测量误差校正的方法,为卫星姿态测量与控制提供补偿和精度保证.
测量模型 大角度测量 误差分析 静态红外地平仪 attitude measuring model wide attitude measurement error analysis static-infrared sensor
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
介绍了一种基于FPGA的红外地平仪系统的设计方案。该系统以非致冷型红外焦平面作为探测器, 以FPGA为主处理器, 采用双探头的方式探测地平圆。与传统的红外地平仪相比, 这种系统具有小型化和功耗低等特点, 适 合于在微纳卫星平台上使用。
非致冷红外焦平面 地平仪 uncooled infrared focal plane array horizon sensor FPGA FPGA
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了满足地平仪系统轻小、廉价、性能可靠的要求，设计了折/衍混合无热化凝视型红外地平仪系统。利用衍射元件特殊的像差特性和热差特性，采用折/衍混合广角f-θ镜头结构对地平仪系统进行大视场像差、色差和热差校正，采用反远距结构，保证系统具有足够的后工作距。设计结果表明，在温度为20 ℃时，140°广角f-θ镜头的线性特性小于0.5%；在-20 ℃~40 ℃温度变化范围内，空间频率20 lp/mm处光学系统的调制传递函数均大于0.52，光学系统的波像差均小于λ/4，系统设计接近衍射极限满足成像要求，优化设计后光学系统的后工作距离为15 mm，满足红外光学系统的装配需求。
衍射 广角 f-θ镜头 无热化设计 红外 地平仪
中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
对地球模拟器进行光学精密校准是保证双圆锥扫描红外地平仪单机地面性能测试的必要前提。采用两台电子经纬仪建立三维坐标实时测量系统, 实现对双圆锥扫描红外地平仪地球模拟器的精密光学校准。根据理论设计值作为参考值, 与实际测量值进行比较, 反复放样测量, 进而调整地球模拟器的冷热边界, 调校精度可使地球模拟器边界特征点坐标的定位误差控制在 0.2 mm之内。高精度位置控制保证了双圆锥扫描红外地平仪高精度的噪声等效角性能测试, 可以保证噪声等效角 (3σ)控制在 0.07°以下。
光学精密校准 三维坐标实时测量系统 校准精度 红外地平仪 optical precision calibration real-time three-dimensional coordinate measurement alignment accuracy infrared horizon seekers
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100049
3 第二炮兵工程设计研究院，北京 100011
为了满足航天器对轻小、价廉，性能可靠的自主导航系统的要求，设计了广角静态红外地平仪系统。该系统选择辐射稳定的14~16.25 μm作为工作波段，并设定全视场角为136°，F数为0.61；采用反远距结构，使系统后工作距达到15 mm;利用f-θ镜头设计原理，并合理地选用非球面对广角系统进行优化设计,使系统的线性特性的相对误差<0.5%；在空间频率为15 lp/mm处，系统的调制传递函数＞0.6，接近衍射极限；在半径为20 μm的圆内，系统径向能量>85%。另外，采用了像方远心光路，提高了像面的照度均匀性，实现了整个像面照度均匀性>99%。设计结果表明，该镜头结构简单、体积小、后工作距大，很好地解决了广角镜头轴外像差平衡问题，实现了地平仪系统的高精度设计。
红外地平仪 反远距结构 广角f-θ镜头 光学设计 infrared earth sensor retrofocus structure wide-angle f-θ lens optical design
中国科学院 上海技术物理研究所,上海 200083
根据红外焦平面静态地平仪的特点,并考虑地球模拟器(地模器)光学系统视场大、成像要求高等因素,在合理耗资的前提下设计了地模器的光机系统。通过分析地平仪的光学系统及工作原理,合理地选择了地模器的光学系统参数及机械结构,对地平仪和模拟器光学系统的匹配进行像质评价,并对机械结构做误差分析。结果显示,匹配后光学系统的RMS直径＜27 μm,小于探测器像元尺寸。机械结构误差为003°,高于地平仪的探测精度。这些结果表明,该地模器基本满足检测红外焦平面静态地平仪的要求。
地球模拟器 红外静态地平仪 光学系统 机械系统 earth simulator Static Infrared Earth Sensor(SIES) optical system mechanical system
