CN114180110A - 一种用于高分辨率光学遥感器的差异化控温方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及航天光学遥感器领域，涉及一种用于高分辨率光学遥感器的差异化控温方法，包括：确定光学遥感器的光机主体所允许的不影响成像精度的最大温度梯度ΔT及光机主体所需的中心控温点T0；按照光机主体各组件受空间热环境影响程度及温度稳定性要求高低进行分类，确定分类数n，n为大于0的正整数；确定不同分类的光机主体各组件外的补偿控温回路的控温阈值，受空间热环境影响程度大且温度稳定性要求高的组件，提高控温阈值；温度稳定性要求低的组件，降低控温阈值。解决遥感器受空间热环境及各不同部件温度波动的影响，实现遥感器系统级高温度稳定性需求，实现遥感器镜头组件温度稳定性优于±0.1℃，结构组件温度稳定性优于±0.2℃。

Description

一种用于高分辨率光学遥感器的差异化控温方法
技术领域
本申请涉及航天光学遥感器热控的技术领域，特别是一种用于高分辨率光学遥感器的差异化控温方法。
背景技术
光学遥感器是遥感卫星的主要有效载荷。受空间热环境与自身各组件间温度扰动的影响，光学遥感器的各组件温度处于不断波动中。这种不断波动的温度变化给光学遥感器成像质量带来极大的影响。温度稳定性成为制约遥感器分辨率提高的关键因素。因而，需要高温度稳定性的控温系统来满足高分辨率光学遥感器的需求。
采用传统主动热控及被动热控措施，即被控对象外表面施加补偿加热回路控温，再在其外侧包覆多层隔热组件，实现低温补偿及减小外部热环境影响的目的，往往对于整个遥感器各组件所实现的加热回路采用相同控温阈值，所达到的温度稳定性在±0.3℃到±2℃范围。
现有专利“一种用于高分辨率光学遥感器精密控温的间接热控装置”(ZL201410119879.1)，只用于对单一组件进行控温，无法解决不同组件温度波动所带来的影响，不能实现系统级的遥感器高温度稳定性需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，提供了一种用于高分辨率光学遥感器的差异化高温度稳定性控温方法，解决遥感器受空间热环境及各不同组件温度波动的影响，从系统角度实现遥感器高温度稳定性需求，实现遥感器镜头组件温度稳定性优于±0.1℃，结构组件温度稳定性优于±0.2℃。
本申请采用如下的技术方案：
一种用于高分辨率光学遥感器的差异化控温方法，包括以下步骤：
S1：确定光学遥感器的光机主体所允许的不影响成像精度的最大温度梯度ΔT及光机主体所需的中心控温点T0；
S2：按照光机主体各组件受空间热环境影响程度及温度稳定性要求高低进行分类，确定分类数n，n为大于0的正整数；
S3：确定不同分类的光机主体各组件外表面的补偿控温回路的控温阈值，受空间热环境影响程度大且温度稳定性要求高的组件，提高控温阈值；温度稳定性要求低的组件，降低控温阈值；
S4：补偿控温回路按照步骤S3中确定的控温阈值进行温度控制；
S5：在各组件补偿加热回路外表面包覆多层隔热组件。
在上述的差异化控温方法中，所述步骤S2中，分类按照以下进行：靠近入光口的组件，受空间热环境影响程度大，作为一类；远离入光口的组件，受空间热环境影响程度小，作为一类；温度稳定性要求高的组件，作为一类；温度稳定性要求低的组件，作为一类。
分类要将是否靠近入光口及温度稳定性要求高低综合考虑。
在上述的差异化控温方法中，所述步骤S2中，分类包括以下：优先按照靠近入光口、远离入光口对各组件进行分类，然后再进一步按照温度稳定性要求程度进行进一步分类，得到分类数n。
在上述的差异化控温方法中，所述步骤S3中，靠近入光口且温度稳定性要求最高的组件，控温阈值通过下式确定：
Figure BDA0003411142150000021
在上述的差异化控温方法中，步骤S3中，温度稳定性要求最低的组件，控温阈值通过下式确定：
Figure BDA0003411142150000022
在上述的差异化控温方法中，步骤S3中，
除靠近入光口且温度稳定性要求最高、温度稳定性要求最低的组件外，其他组件按温度稳定性要求从高到低排序，控温阈值通过下式确定：
Figure BDA0003411142150000031
其中，k＝1，2，…，(m-2)，且k为大于0的整数。
具体的，除靠近入光口且温度稳定性要求最高、温度稳定性要求最低的组件外，其他组件按温度稳定性要求从高到低排序，控温阈值依次为：
Figure BDA0003411142150000032
Figure BDA0003411142150000033
......
Figure BDA0003411142150000034
在上述的差异化控温方法中，所述补偿控温回路包括薄膜型电加热器、控制器及测温元件，测温元件用于检测组件表面温度，控制器判断测温元件的温度是否在控温阈值内，控制薄膜型电加热器是否加热。使得被控结构件温度在控温阈值内。
在上述的差异化控温方法中，所述补偿加热回路外表面包覆多层隔热组件。
通过以上步骤，实现高分辨率光学遥感器的差异化高温度稳定性控温。
综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：
实现光学遥感器系统级控温设计，合理利用温度梯度，对温度稳定性要求高的组件，提高补偿加热回路控温阈值，对温度稳定性要求低的组件，降低补偿加热回路控温阈值，差异化控温，大幅减小相邻组件温度波动的影响及空间热环境的影响，实现遥感器高温度稳定性需求，遥感器镜头组件温度稳定性优于±0.1℃，结构组件温度稳定性优于±0.2℃。
附图说明
图1本发明具体实施方式中控温方法的流程框图；
图2在典型光学遥感器上应用本发明方法的示意图。
附图标记说明：1、主镜组件；2、次镜组件；3、三镜组件；4、折镜组件；5、次镜支撑结构；6、前镜筒；7、主承力结构；8、蒙皮结构；9、补偿控温回路；10、多层隔热组件。
具体实施方式
下面结合附图1-2和具体实施例对本申请作进一步详细的描述：
本发明提供了一种用于高分辨率光学遥感器的差异化高温度稳定性控温方法，实现光学遥感器系统级控温设计，合理利用温度梯度，对温度稳定性要求高的组件，提高补偿加热回路控温阈值，对温度稳定性要求低的组件，降低补偿加热回路控温阈值，差异化控温，解决遥感器受空间热环境及相邻部件温度波动的影响，实现遥感器高温度稳定性需求，遥感器镜头组件温度稳定性优于±0.1℃，结构组件温度稳定性优于±0.2℃。
本实施例以该典型光学遥感器光机主体进行说明：
参照图2，典型光学遥感器光机主体包含位于入光口处的次镜组件2及次镜支撑结构5，远离入光口的主镜组件1、主承力结构7、折镜组件4、三镜组件3及周围蒙皮结构8，次镜组件2嵌设于次镜支撑结构5，次镜支撑结构5固定于前镜筒6的端部，主承力结构7连接于前镜筒6的另一端，主镜组件1、折镜组件4、三镜组件3均由主承力结构7支撑，且主镜组件1嵌设于主承力结构7，折镜组件4、三镜组件3位于主承力结构7背离次镜组件2的一侧，主承力结构7外表面覆盖蒙皮结构8，形成封闭空间，折镜组件4、三镜组件3均位于封闭空间内。
参照图1和图2，一种用于高分辨率光学遥感器的差异化高温度稳定性控温方法，包括以下步骤：
(1)确定光机主体最大温度梯度及所需中心控温点
确定光学遥感器光机主体所允许的不影响成像精度的最大温度梯度ΔT及光机主体所需的中心控温点T0。根据成像指标，上述光学遥感器光机主体所允许的不影响成像精度的最大温度梯度ΔT＝1℃，光机主体所需的中心控温点T0＝20℃。
(2)按遥感器光机主体各部件温度稳定性高低进行分类，确定分类数n
次镜组件2位于靠近入光口侧，受空间热环境影响大，且为光学器件，其温度稳定性要求高，作为一类；远离入光口位置的主镜组件1、主承力结构7、折镜组件4、三镜组件3，温度稳定性要求高，作为一类；次镜支撑结构5及前镜筒6作为靠近入光口组件与远离入光口组件的过渡结构，其位置远离入光口，且结构件要求的温度稳定性较光学器件低，所以该结构作为一类。按遥感器光机主体各部件温度稳定性高低进行分类，总共分为3类，即n为3。
(3)根据分类的组件，确定各组件外表面补偿控温回路的控温阈值，差异化控温
靠近入光口的次镜组件2，在其外表面粘贴补偿控温回路9，提高控温阈值，
Figure BDA0003411142150000051
阈值设置为[20.3,20.5]℃；对于剩余两类组件，主镜组件1、主承力结构7、折镜组件4、三镜组件3，该类温度稳定性要求高，在主承力结构7外表面的蒙皮结构8上粘贴补偿控温回路9，对主镜组件1、折镜组件4、三镜组件3、主承力结构7进行控温，
Figure BDA0003411142150000052
控温阈值设置为[19.9,20.1]℃；次镜支撑结构5及前镜筒6，温度稳定性要求较低，在两个结构外表面粘贴补偿控温回路9，
Figure BDA0003411142150000053
控温阈值设置为[19.5,19.7]℃。
(4)在各组件补偿加热回路外表面包覆多层隔热组件
在各组件补偿加热回路外表面包覆多层隔热组件10。由于主镜组件1安装于主承力结构7内部，此处不包覆多层隔热组件。
至此，完成了用于高分辨率光学遥感器的差异化高温度稳定性控温，实现遥感器系统级高温度稳定性需求，遥感器镜头组件温度稳定性优于±0.1℃，结构组件温度稳定性优于±0.2℃。即遥感器镜头组件温度稳定性范围小于等于±0.1℃，结构组件温度稳定性范围小于等于±0.2℃。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高分辨率光学遥感器的差异化控温方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：确定光学遥感器的光机主体所允许的不影响成像精度的最大温度梯度ΔT及光机主体所需的中心控温点T0；
S2：按照光机主体各组件受空间热环境影响程度及温度稳定性要求高低进行分类，确定分类数n，n为大于0的正整数；
S3：确定不同分类的光机主体各组件外表面的补偿控温回路(9)的控温阈值，受空间热环境影响程度大且温度稳定性要求高的组件，提高控温阈值；温度稳定性要求低的组件，降低控温阈值；
S4：补偿控温回路按照步骤S3中确定的控温阈值进行温度控制；
S5：在各组件补偿加热回路外表面包覆多层隔热组件(10)。
2.根据权利要求1所述的差异化控温方法，其特征在于：所述步骤S2中，分类按照以下进行：靠近入光口的组件，受空间热环境影响程度大，作为一类；远离入光口的组件，受空间热环境影响程度小，作为一类；温度稳定性要求高的组件，作为一类；温度稳定性要求低的组件，作为一类，且受空间环境影响程度与温度稳定性要求高低两个因素合并考虑。
3.根据权利要求2所述的差异化控温方法，其特征在于：所述步骤S2中，分类包括以下：优先按照靠近入光口、远离入光口对各组件进行分类，然后再进一步按照温度稳定性要求程度进行进一步分类，得到n类组件。
4.根据权利要求1-3任一所述的差异化控温方法，其特征在于：所述步骤S3中，靠近入光口且温度稳定性要求最高的组件，控温阈值通过下式确定：
Figure FDA0003411142140000011
5.根据权利要求4所述的差异化控温方法，其特征在于：所述步骤S3中，温度稳定性要求最低的组件，控温阈值通过下式确定：
Figure FDA0003411142140000021
6.根据权利要求5所述的差异化控温方法，其特征在于：所述步骤S3中，除靠近入光口且温度稳定性要求最高、温度稳定性要求最低的组件外，其他组件按温度稳定性要求从高到低排序，控温阈值通过下式确定：
Figure FDA0003411142140000022
其中，k＝1，2，…，(n-2)，且k为大于0的整数。
7.根据权利要求1所述的差异化控温方法，其特征在于：所述补偿控温回路(9)包括薄膜型电加热器、控制器及测温元件，测温元件用于检测组件表面温度，控制器判断测温元件的温度是否在控温阈值内，控制薄膜型电加热器是否加热。
8.根据权利要求1所述的差异化控温方法，其特征在于：所述补偿加热回路外表面包覆多层隔热组件(10)。
9.根据权利要求1、7-8中任意一项所述的差异化控温方法，其特征在于：所述光机主体包含次镜组件(2)、次镜支撑结构(5)、主镜组件(1)、主承力结构(7)、折镜组件(4)、三镜组件(3)及周围蒙皮结构(8)，次镜组件(2)嵌设于次镜支撑结构(5)，次镜支撑结构(5)固定于前镜筒(6)的端部，主承力结构(7)连接于前镜筒(6)另一端，主镜组件(1)嵌设于主承力结构(7)，折镜组件(4)、三镜组件(3)位于主承力结构(7)背离次镜组件(2)的一侧，主承力结构(7)外表面覆盖蒙皮结构(8)，形成封闭空间，折镜组件(4)、三镜组件(3)均位于封闭空间内。
10.根据权利要求9所述的差异化控温方法，其特征在于：所述次镜组件(2)外表面粘贴补偿控温回路(9)，主承力结构(7)外表面的蒙皮结构(8)上粘贴补偿控温回路(9)，次镜支撑结构(5)及前镜筒(6)外表面粘贴补偿控温回路(9)。
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