微特電機(jī)在衛(wèi)星水色掃描儀中的應(yīng)用
尹達(dá)一1，馮鑫1，鄭列華1，李雨2，程遠(yuǎn)2
(1中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所，上海200083；2中國(guó)電子科技集固公司第21研究所，上海200233)
摘要：水色水溫掃描儀是海洋一號(hào)系列衛(wèi)星上的主要有效載荷之一。重點(diǎn)對(duì)組成水色水溫掃描儀獨(dú)特的掃描和消旋子系統(tǒng)以及消角動(dòng)量子系統(tǒng)中微特電機(jī)的應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，該類(lèi)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外航天遙感領(lǐng)域?qū)儆谑状卧谲壍玫匠晒?yīng)用。
關(guān)鍵詞：海洋一號(hào)衛(wèi)星；水色掃描儀；消像旋：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；消角動(dòng)量
中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TM33；TM383．6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)08—0008—04
0引言
海洋一號(hào)(Haiyang-1)系列衛(wèi)星是中國(guó)首次特別用于監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境的光學(xué)遙感衛(wèi)星，主要用途是探測(cè)海洋水色、水溫要素，包括葉綠素濃度、懸浮物質(zhì)含量、元機(jī)物、海洋污染以及海表溫度分布等。在開(kāi)發(fā)海洋生物資源、探測(cè)海洋污染狀況、發(fā)展沿海大陸架水產(chǎn)資源以及研究全球海洋環(huán)境變化方面，海洋一號(hào)系列衛(wèi)星展現(xiàn)出日益重要的作用。迄今為止，該系列衛(wèi)星共研發(fā)了2顆(即A星和B星)，分別于2002年5月和2007年4月發(fā)射升空。
水色水溫掃描儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)COCTS)是海洋一號(hào)系列衛(wèi)星上的主要光學(xué)遙感器之一，具有6個(gè)可見(jiàn)光、2個(gè)近紅外和2個(gè)熱紅外波段。不但能夠獲取豐富的海洋水色景象與特征信息，而且能用具有飛行中輻射校正能力的2個(gè)紅外波段獲取定量的海面溫度圖，并用近紅外波段進(jìn)行水色遙感數(shù)據(jù)的大氣輻射校正。COCTS的功能與美國(guó)SeaStar衛(wèi)星上SeaWiFS和日本ADEOS衛(wèi)星上OCTS相類(lèi)似，基本參數(shù)如表1所示。
 從空間對(duì)海洋遙感的要求不同于氣象衛(wèi)星，它需要遙感器在地面目標(biāo)(如海洋、湖泊等水體表面)反射能量較弱的條件下具有較高的探測(cè)靈敏度，為此，海洋一號(hào)衛(wèi)星COCTS采用多元并掃(共10個(gè)通道、每個(gè)通道4元)技術(shù)以提升信噪比。具體來(lái)說(shuō)，COCTS采用了45。反射鏡(簡(jiǎn)稱(chēng)s鏡)繞系統(tǒng)光軸作360。連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描，將地物目標(biāo)光譜信息引人到主光學(xué)系統(tǒng)中，并對(duì)深冷空間以及參考黑體目標(biāo)進(jìn)行掃描以提供各探測(cè)通道的零輻射基準(zhǔn)和紅外通道的輻射參考基準(zhǔn)。這是一個(gè)垂直于衛(wèi)星飛行軌跡方向(即穿軌方向)的掃描過(guò)程，但s鏡旋轉(zhuǎn)掃描時(shí)會(huì)產(chǎn)生探測(cè)器焦面像旋轉(zhuǎn)，并導(dǎo)致各探測(cè)通道的軸外視場(chǎng)無(wú)法配準(zhǔn)的光學(xué)問(wèn)題。為此，在主光學(xué)系統(tǒng)之后設(shè)置消像旋鏡(簡(jiǎn)稱(chēng)K鏡)，其作用是帶動(dòng)一個(gè)全波段反射系統(tǒng)跟蹤s鏡進(jìn)行同向360。連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描，當(dāng)轉(zhuǎn)速?lài)?yán)格保持s鏡轉(zhuǎn)速的一半時(shí)能夠消除這類(lèi)像旋現(xiàn)象。位于光學(xué)系統(tǒng)焦面處的探測(cè)器瞬時(shí)視場(chǎng)對(duì)K鏡出射光譜信息進(jìn)行連續(xù)采樣后獲得正確的多元并掃地物景象。
cOcTrs中帶動(dòng)s鏡和K鏡旋轉(zhuǎn)的電機(jī)機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路一起組成了掃描／消像旋子系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)s／K電機(jī)子系統(tǒng))。為了消除它們?cè)谛D(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)量矩，降低對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的感染，系統(tǒng)還沒(méi)置了消角動(dòng)量矩子系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)消角電機(jī)子系統(tǒng))。cOcTs的結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。
1 S／K電機(jī)子系統(tǒng)
1.l s／K電機(jī)機(jī)構(gòu)
s／K電機(jī)子系統(tǒng)包括s鏡電機(jī)子系統(tǒng)和K鏡電機(jī)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)由電機(jī)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路組成，屬于cOcTs的關(guān)鍵部件之一，其運(yùn)行性能決定了cocTs的成像質(zhì)量。
s鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)主要包括：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、s鏡、動(dòng)平衡校正器(內(nèi)平衡塊、外平衡塊)、軸承等組件，如圖2所示。K鏡電機(jī)機(jī)構(gòu)主要包括：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、K鏡、平面鏡、K鏡調(diào)節(jié)組件、軸承等組件，如圖3所示。
s／K電機(jī)子系統(tǒng)均采用永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，該類(lèi)型電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)控制性能好，可用開(kāi)環(huán)方式驅(qū)動(dòng)而無(wú)需反饋；
(2)位移量與數(shù)字脈沖數(shù)成正比，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)形分配器和功率放大后可直接控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；
(3)多臺(tái)電機(jī)速度同步應(yīng)用情況下性能突出，特別適用于轉(zhuǎn)速?lài)?yán)格同步的場(chǎng)合；
(4)速度與脈沖頻率成正比，改變脈沖頻率就可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)速 |
