高稳定性、高精度积分球辐射定标系统的研究.pdf

2010年 5月 安庆师范学院学报 (自然科学版) May．2010 第 16卷第 2期 JournalofAnqingTeacherscoIIege(NaturaIScienceEdition) VOI．16NO．2 高稳定性、高精度积分球辐射定标系统的研究 徐 晓峰 ，王 陈宁 (安庆师范学院 物理与电气工程学院 ，安徽 安庆 246133) 摘 要：本文试制 了一种积分球辐射定标系统，采用单片机进行 电源恒定功率控制和光电检测，使积分球输 出的辐 亮度稳定性、面均匀性得到了较大的提高，从而获得了一种高稳定性 、高精度的积分球工程应用定标系统 。 关键词 ：遥感 ；积分球 ；单片机；精度 ；定标系统 中图分类号：0432 文献标识码 ：A 文章编号 ：1007—4260(2010)02—0070—03 0 引 言 随着航天遥感口技术的发展，对遥感仪器的定标精度要求越来越高 ，这就需要高精度的工程应用定 标光源。光学定标 ，在工程应用上是采用光学标准传递的方法对应用设备进行定标 ，而不是直接用原始 标准对应用设备进行定标。其传递链路之一 ，比如将黑体辐射标准传递到定标积分球，再 由积分球对应 用设备进行定标 。因此 ，传递链路的中间环节的精度高低 ，直接影响了对应用设备定标的精度 ，从而影 响设备的分辨率 、成像质量和精度等技术指标 。 积分球辐射源r2是一种非常优异的定标光源 ，其输出的辐亮度面均匀性和稳定性是普通光源无法 比拟的。在需要使用面光源的领域 ，被广泛用于光学探测器的实验室定标，遥感卫星发射前光学传感器 的定标 ，以及卫星的星上定标 。辐射源的稳定性 、精确度对于定标系统至关重要 ，直接影响到被定标 的 探测器的成像质量和精度，如何提高积分球辐射源的稳定性和精度是国内外光学定标研究领域普遍探 索的问题。 研究发现，引起积分球输出不稳定的因数有很多 ，如积分球反射率的变化 ，光源 自身电阻的变化 ，供 电电源的电流、电压的变化等 。积分球光源的供电方式 ，国内外通常的做法是 ，采用直流稳流 电源给光 源灯泡供电。因此，积分球的光通量 、辐亮度的稳定性 、面均匀性等指标就取决于供电电源的精度指标。 对于光源灯泡电阻变化引起的光通量 、辐亮度的变化——这是因为灯泡是采用恒流源供 电，负载电阻变 化时要保持 电流不变，加在负载 电阻两端的电压必定要改变，光源灯泡得到的实际供 电功率随之改变 ， 供给光源实际功率的改变必定引起光通量的变化 ，从而引起辐亮度的变化 ；对于积分球的反射率变化引 起的光通量 、辐亮度变化 ，电源是无法控制的。 针对以上恒流源供电积分球 的不足之处 ，本文设计了一种采用由单片计算机控制电功率和光 电负 反馈补偿 ，实现恒定功率 电源供 电的积分球辐射定标系统 。 1 系统原理 1．1 光 电控 制过程 在积分球光源的供电电路中，对负载上的电流 、电压信号分别进行取样检测 ，将检测到的信号分别 送人 PCI7489数据采集卡进行模 ／数转换 ，同时将 由 TRAP探测器l2～检测得到 的光 电信号送人 PCI7489数据采集卡进行模 ／数转换，转换后的数字信号送入单片机 AT89C51进行运算 ，将它和预设的 * 收稿 日期 ：2010 01 19 作者简介 ：徐晓峰，男 ，安徽安庆人，安庆师范学院物理与 电气]二程学院教师 ．硕士 ．主要 从事光辐射高精度定标研究。 第 2期 徐晓峰 ，王陈宁：高稳定性 、高精度积分球辐射定标系统的研究 ·71 · 电功率 值 进 行 比较，得 出误 差 信 号 再 送 入 PCI7489进行数 ／模转换 ，转换后的模拟信号送人 电源中相应的部分进行输 出电功率的控制 ，另一 路由TRAP探测器采集 的光 电信号也被送入单 片机 AT89C51，和标准信号进行 比较，得 出的误 差信号送入 PCI7489进行数／模转换 ，转换后输 出的模拟信号再送入电源相应的部分控制补偿灯 电流的大小，从而控制补偿灯的光通量 。与此 同 时，电源的电流、电压纹波也在对负载上信号的采 样控制过程中得到了补偿 ，纹波系数大为降低 ，如