1 自适应光学全国重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
3 中国科学院大学，北京 100049
4 山东高等技术研究院，山东 济南 250100
Overview: Gravitational waves are spacetime oscillations radiated outward by accelerating mass objects. Significant astronomical events in the universe, such as the merging of massive black holes, emit stronger gravitational waves. Detecting gravitational waves allows for a deeper study of the laws governing celestial bodies and the origins of the universe, making accurate detection crucial. Gravitational wave detection technology utilizes Michelson interferometers to convert the extremely faint spacetime fluctuations caused by gravitational waves into measurable changes in optical path length. Recently, ground-based large Michelson interferometers have achieved direct detection of high-frequency gravitational waves. However, the detection of low-frequency gravitational waves, which is equally important, is not feasible on the ground due to arm length and ground noise issues. This necessitates the construction of ultra-large Michelson interferometers in space for low-frequency gravitational wave detection. Spaceborne gravitational wave detection telescopes play a vital role in collimating bidirectional beams in ultra-long interferometric optical paths in space. The extremely subtle changes in optical path caused by gravitational waves impose high demands for pm-level optical path length stability and below 10?10 level backscattered light in these telescopes. The ultra-high level index requirements exceed the precision limits of current ground testing techniques for telescopes. To ensure that spaceborne telescopes maintain their ultra-high design performance in the orbital environment, developing testing and evaluation techniques for these key indicators is a crucial prerequisite for the success of the space gravitational wave detection program. This paper provides an overview of the development of spaceborne gravitational wave detection telescopes, both domestically and internationally. It focuses on the current status and some test results of optical path length stability and backscattered light testing of telescopes under development, as well as further testing plans, providing a reference for the testing and evaluation of Chinese space gravitational wave detection space-borne telescopes.
空间引力波探测 星载望远镜 地面测试 光程稳定性 后向杂散光 space gravitational wave detection spaceborne telescope ground test optical path length stability backscattered light
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
为实现高精度航天设备时序信号的地面检测, 设计了一套基于现场可编程逻辑门阵列 (FPGA) 的专用地面检测系统, 时间数字转换电路 (TDC) 是该系统的关键部件。该电路采用数字内插技术, 使用高频时钟直接计数进行“粗”测保证检测系统量程, 再利用待测信号跳变沿锁存移相时钟电平状态进行“细”测提高测量精度。分析了测量误差来源并提出了相应解决办法。实验结果表明, 该电路测量分辨率满足 0.2 ns 设计值, 重复性引起的测量不确定度小于 0.1 ns。
地面检测 时间间隔测量 现场可编程逻辑门阵列 时间数字转换电路 ground test system time interval measurement field programmable gate array time-to-digital conversion circuit 大气与环境光学学报
2021, 16(6): 553
光电系统在军用直升机中发挥着越来越重要的作用, 如红外/电视成像、目标搜索、跟踪监视等。介绍了对光电系统重要功能性能进行地面比测试验的方法, 减少设备试飞带来的经济、人力和时间的消耗。
光电系统 军用直升机 地面试验 比测试验 electro-optic system miltitray helicopter ground test comparision test
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
设计了一套基于USB2.0接口的便携式地面检测台,包括上位机软件和一台USB通讯适配器,用以 模拟卫星平台与星载光谱仪的数据通信。上位机软件提供人机交互界面,适配器完成了星载光谱仪低压 差分信号(LVDS)接口数传数据和数管数据对USB接口的通讯转换。 实验结果表明：所设计平台可以把光谱仪的LVDS图像数据转换为USB接口数据,并模拟卫星平台数据, 可用于对光谱仪进行调试、测试。通讯适配器USB2.0接口的实测速率可达230 Mbps, 可将其作为一个模块用于商用光谱仪的通讯接口。
光电子学 地面检测台 通用串行接口 低压差分信号 星载光谱仪 optoelectronics ground test platform universal serial interface low voltage differential signal satellite-bone spectrometer
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
针对空间相机地面检测设备数据信息量大、存储速度快的特点, 采用性能优良的NAND型Flash为存储介质, FPGA为控制核心, 实现了高速大容量存储系统的设计。针对数据存储速度的提升, 引入双plane操作、并行及流水线的方式控制Flash阵列。通过对Flash芯片中坏块特点的研究, 引入了坏块管理部分。实验结果表明, 该系统能够完成空间相机大量原始数据的高速记录工作, 保证了数据记录的实时性及可靠性。
航空电子 空间相机 地面检测设备 存储系统 并行技术 avionics space camera ground test equipment storage system NAND flash NAND Flash parallel technology
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
某星载高光谱大气探测仪采用1553B作为外部总线以及RS422作为内部总线,针对此类卫星载荷的多总线测试要求,设计了一种用于地面试验的多总线测试平台。该平台通过将1553B端口与RS422端口同时接入卫星载荷,配置两种总线的相关终端特性,开发人机交互平台进行内外部指令的注入与监视,实现了对卫星载荷的完整监控、通讯测试、故障检测和数据记录。通过实验证明该系统能够更高效、全面地对具备多总线的卫星载荷进行地面测试,并完善相关测试方法,提高了针对卫星载荷的地面测试能力。
卫星载荷 终端特性 总线监控 多总线系统 地面测试 satellite payload terminal characteristics bus monitoring multi-bus system ground test
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 机器人系统创新研究室, 吉林 长春 130033
考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约, 提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案。建立了平台的运动学与动力学模型, 推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simulink模型。基于设计的模型研制了六自由度平台。对振动平台样机进行了振动加速度控制精度的验证实验, 实验以典型的卫星平台微振动频率点为测试输入。实验结果表明平台振动频率为7~40 Hz时, 其加速度输出相对误差可控制在7%以内。该平台借鉴了Stewart平台的并联构型, 其结构简单、刚度大, 振源输出精确可控, 满足地面试验应用要求。
空间光学遥感器 空间微振动环境 六自由度平台 振动测试 地面测试 space optical remote sensor micro-vibration environment in space six DOF platform vibration test ground test
1 华南理工大学，广东 广州 510641
2 北京航空航天大学，北京 100083
为研究固体火箭发动机地面和高空飞行过程中羽流红外辐射随飞行高度的变化，计算了某型固体火箭发动机在地面试车和7.5～80 km 之间一系列高度工况下，发动机内、外流场和红外波段2～6 μm的辐射。发动机内流和羽流流场采用非平衡化学冻结模型计算，高温Al2O3 颗粒和燃气组分混合的羽流辐射场采用FVM 模型计算，其中燃气组分的光谱特性用WSGG 模型计算，Al2O3 颗粒的光谱特性用Mie 理论计算。研究了2.7～2.95 μm、3.6～3.85 μm 和4.2～4.45 μm 三个波段，羽流高温核心区表面的辐射强度；以及高温核心区在轴向主平面和法平面上，0°、45°和90°三个视角的辐射亮度。研究发现：随飞行高度上升，环境压力下降，羽流体积膨胀，其中高温核心区气相温度迅速下降，Al2O3颗粒浓度也所有下降，但颗粒温度仍比较高。发动机在地面工作时，羽流的强辐射带沿其轴线呈连续状分布；但在高度小于22.5 km 的低空飞行时，羽流的强辐射带除了出口区域以外，还在出口下游的后燃区出现。羽流的红外辐射亮度在纵截面上具有轴对称性。在光谱分布方面，发动机飞行高度小于40 km 时，羽流辐射呈现燃气辐射的光谱差异性，但发动机在40 km 高度以上飞行时，羽流辐射呈现高温颗粒辐射的光谱连续性。
固体火箭发动机 羽流 红外辐射 地面试验 飞行工况 solid rocket motor plume infrared radiation ground test flight condition
1 安徽大学物理与材料科学学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
提出了一种基于DSP的星载定标器地检设备的设计与实现。以DSP为主控单元,辅以USB通讯模块、RS-422串行通讯模块、三线制串行通讯模块、模拟量 采集模块、OC驱动模块等实现了地检设备的研制,利用该地检设备完成了星上定标器电子学接口的测试,对地检设备的功能及性能进行了验证。
地检设备 星上定标器 ground test equipment calibrator on-board DSP DSP
1 长春理工大学空地激光通信国防重点实验室, 长春 130022
2 北京理工大学光电成像技术重点实验室, 北京 100081
为了解决远距离能量传输问题, 当空间激光通信终端搭载卫星平台时, 激光光束的发散角通常都非常小, 典型的为 10 μrad量级。但是在地面近距离测试中, 必须适当的放大发散角, 以保证在一定跟踪精度下, 通信终端始终能在信标和通信光束指向范围内。本文以对波前光强分布最为敏感的通信光为例, 对不同通信距离和不同位置的光强分布进行理论建模和模拟仿真, 分析其对通信的影响, 为空间激光通信地面测试提供科学的试验方法和试验思路。同时, 对比离焦和固定倍率两种发散角放大方法的优劣, 以某空间激光通信光端机地面测试为例, 给出优化实现方案及结果, 为空间激光通信地面测试进一步积累经验。
空间激光通信 地面测试 发散角 离焦 固定倍率 space laser communication ground test divergence angle defocus magnification
