微特電機在衛(wèi)星水色掃描儀中的應用
尹達一1，馮鑫1，鄭列華1，李雨2，程遠2
(1中國科學院上海技術物理研究所，上海200083；2中國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系列衛(wèi)星上的主要有效載荷之一。重點對組成水色水溫掃描儀獨特的掃描和消旋子系統(tǒng)以及消角動量子系統(tǒng)中微特電機的應用情況進行了介紹，該類系統(tǒng)在國內外航天遙感領域屬于首次在軌得到成功應用。
關鍵詞：海洋一號衛(wèi)星；水色掃描儀；消像旋：步進電動機；無刷直流電動機；消角動量
中國分類號：TM33；TM383．6 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)08—0008—04
0引言
海洋一號(Haiyang-1)系列衛(wèi)星是中國首次特別用于監(jiān)測海洋環(huán)境的光學遙感衛(wèi)星，主要用途是探測海洋水色、水溫要素，包括葉綠素濃度、懸浮物質含量、元機物、海洋污染以及海表溫度分布等。在開發(fā)海洋生物資源、探測海洋污染狀況、發(fā)展沿海大陸架水產資源以及研究全球海洋環(huán)境變化方面，海洋一號系列衛(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(以下簡稱COCTS)是海洋一號系列衛(wèi)星上的主要光學遙感器之一，具有6個可見光、2個近紅外和2個熱紅外波段。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個紅外波段獲取定量的海面溫度圖，并用近紅外波段進行水色遙感數(shù)據(jù)的大氣輻射校正。COCTS的功能與美國SeaStar衛(wèi)星上SeaWiFS和日本ADEOS衛(wèi)星上OCTS相類似，基本參數(shù)如表1所示。
從空間對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(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靈敏度，為此，海洋一號衛(wèi)星COCTS采用多元并掃(共10個通道、每個通道4元)技術以提升信噪比。具體來說，COCTS采用了45。反射鏡(簡稱s鏡)繞系統(tǒng)光軸作360。連續(xù)旋轉掃描，將地物目標光譜信息引人到主光學系統(tǒng)中，并對深冷空間以及參考黑體目標進行掃描以提供各探測通道的零輻射基準和紅外通道的輻射參考基準。這是一個垂直于衛(wèi)星飛行軌跡方向(即穿軌方向)的掃描過程，但s鏡旋轉掃描時會產生探測器焦面像旋轉，并導致各探測通道的軸外視場無法配準的光學問題。為此，在主光學系統(tǒng)之后設置消像旋鏡(簡稱K鏡)，其作用是帶動一個全波段反射系統(tǒng)跟蹤s鏡進行同向360。連續(xù)旋轉掃描，當轉速嚴格保持s鏡轉速的一半時能夠消除這類像旋現(xiàn)象。位于光學系統(tǒng)焦面處的探測器瞬時視場對K鏡出射光譜信息進行連續(xù)采樣后獲得正確的多元并掃地物景象。
cOcTrs中帶動s鏡和K鏡旋轉的電機機構與驅動電路一起組成了掃描／消像旋子系統(tǒng)(簡稱s／K電機子系統(tǒng))。為了消除它們在旋轉過程中產生的動量矩，降低對衛(wèi)星姿態(tài)的感染，系統(tǒng)還沒置了消角動量矩子系統(tǒng)(簡稱消角電機子系統(tǒng))。cOcTs的結構模型如圖1所示。
1 S／K電機子系統(tǒng)
1.l s／K電機機構
s／K電機子系統(tǒng)包括s鏡電機子系統(tǒng)和K鏡電機子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)由電機機構、驅動電路組成，屬于cOcTs的關鍵部件之一，其運行性能決定了cocTs的成像質量。
s鏡電機機構主要包括：步進電動機、s鏡、動平衡校正器(內平衡塊、外平衡塊)、軸承等組件，如圖2所示。K鏡電機機構主要包括：步進電動機、K鏡、平面鏡、K鏡調節(jié)組件、軸承等組件，如圖3所示。
s／K電機子系統(tǒng)均采用永磁感應子式步進電動機工作，該類型電機具有如下優(yōu)點：
(1)控制性能好，可用開環(huán)方式驅動而無需反饋；
(2)位移量與數(shù)字脈沖數(shù)成正比，數(shù)字信號經過環(huán)形分配器和功率放大后可直接控制步進電動機；
(3)多臺電機速度同步應用情況下性能突出，特別適用于轉速嚴格同步的場合；
(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調節(jié)速 |
