透射式能见度仪动态范围扩展方法

提出了一种利用光学衰减片与电机组合,扩展透射式能见度仪动态范围的方法。通过改变加载到LED光源的调制信号的幅度,控制LED光源的发射光强;设计测量系统,选择固定透过率的衰减片;设置合理的系统阈值完成数据测量。对测量数据作拟合分析,结果表明:采用透过率为60%的中性密度衰减片,系统动态范围扩展了0.6倍;透过率为12%时,系统动态范围扩展了6.9倍。同时,通过选择不同透过率的中性密度衰减片,可实现系统动态范围的灵活扩展。     

太阳漫射板反射率在轨衰退监测技术研究

多通道扫描成像辐射计搭载于风云四号气象卫星上,为了使其实现高精度定量化遥感,其上配备了星上定标装置。该装置主要是引太阳漫射板(SD)反射的太阳光作为标准辐亮度源,太阳漫射板反射率衰减监测仪(简称比辐射计)定期监测漫射板反射率的变化。主要介绍了比辐射计的工作原理,并针对在轨返回的数据特点建立了太阳漫射板双向反射分布函数衰减因子计算模型。数据表明:比辐射计探测器受到了温度的影响,其不确定度为0.165%/℃,比值监测的方式消除了温度的影响。计算了3个通道衰减因子的合成监测不确定度,第一通道的合成监测不确定度为1.48%(k=2),第二、第三通道合成监测不确定度为1.16%(k=2)。结果表明:比辐射计可以实现漫射板反射率的衰减监测。     

空中目标红外辐射多波长大气透过率实时反演算法

 针对空中目标红外辐射大气传输衰减的主导因素,通过Mie散射理论分析和计算得到了不同波长红外大气透过率之间的相关性关系。采用自主研发的激光遥感大气透过率测量仪并利用激光大气透过率多点断层测量技术,实测了1 060 nm波长激光的大气透过率,同步实时反演计算了临近波长红外辐射的大气透过率。实验数据验证了该方法可用于建立红外观测低空修正系统,实时计算获取大气对空间目标红外辐射的衰减特性。     

一种同时测量高斯光束束腰位置和半径的新方法

从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了小孔光阑透过光功率与高斯光束束腰位置、束腰半径、光阑孔径和光阑位置间的关系式。用氦氖激光器、凸透镜、小孔光阑和硅光电池等搭建了一套简单测量装置,利用此装置对同一小孔光阑在高斯光束传播方向上不同位置时的透过光功率进行了测量。用所得的理论公式对实验数据进行拟合,通过拟合出的参数可同时测得高斯光束的束腰位置和半径。测量结果表明,该方法不仅合理、可行,而且具有装置简单、操作方便等优点。     

高吸收型滤光片透过率均匀性测试系统

组建了高吸收型滤光片的透过率均匀性测试系统,硬件系统由光学系统、光电转换系统和信号采集控制系统3部分组成.设计了基于LabVIEW 8.0的软件系统,测试软件采用模块化方法编制.计算机控制二维电控转台移动待测滤光片,以标准衰减片的透过率为基准,系统全自动实时扫描测量样片多点透过率均匀性分布,并对样片中心点透过率作了详细误差分析.透过率动态测试范围0.001%～1%,测量相对误差小于0.1%.     

高分辨率光学遥感卫星小目标法在轨辐射定标

辐射定标是卫星遥感信息定量化的关键技术之一。高分辨率光学遥感卫星小目标法在轨定标将目标反射率的现场测量转换为实验室高精度测量,以实际测量代替气溶胶散射特性假设,通过简化辐射传输计算获取大气透过率与遥感器入瞳辐亮度,根据遥感器系统PSF检测结果将小目标的辐射响应与背景辐射相分离,降低对场区背景环境要求的同时提高了绝对辐射定标精度。试验结果分析表明,高分辨率光学遥感卫星传感器小目标法在轨辐射定标不确定度优于3%,与大面积辐射校正场或灰阶靶标法的定标结果差异3.65%,小目标法有望在全谱段范围实现高分辨率光学遥感卫星传感器的全动态范围定标与几何检校。     

基于激光外差技术的高分辨率整层大气透过率测量

激光外差技术是一种高灵敏度的光谱探测技术,利用该技术研制的装置易于集成化小型化,可以进行地基或星载的地球大气或天文观测。基于激光外差光谱测量技术,结合自研的太阳跟踪仪建立了一套高分辨率整层大气透过率测量系统,系统分辨率约为0.006 cm-1。该系统利用太阳光和红外激光在非线性探测器中进行光学混频,通过对获取的混频信号进行电子学滤波和平方率探测,获得了高光谱分辨率的外差信号。采用Langley-plot定标法对测量系统进行定标,获取了仪器标定常数和对应的大气总光学厚度,实现了中红外波段整层大气透过率的实时测量。同时,将实测整层大气透过率与MODTRAN5.0软件仿真计算的结果进行对比分析,两者的一致性较好。分析表明该测量系统具有很高的分辨率并且性能稳定可靠,在大气科学、天文观测和激光大气传输等研究领域具有广阔的应用前景。     

瑞利散射多普勒激光雷达风场反演方法

介绍了瑞利散射多普勒激光雷达的风场探测原理和系统结构. 给出了Fabry-Perot(FP)标准具透过率曲线的校准方法. 指出对透过率采用Lorentz或Voigt拟合会产生较大误差,特别是采用Lorentz拟合最大将引起8%的误差. 提出了采用非线性最小二乘法拟合标准具的透过率函数,该方法可以有效消除拟合误差,提高风速测量精度. 考虑到温度不确定度在风场反演过程中的主导影响,提出了同时反演风速和大气温度的非线性迭代算法. 风场反演仿真试验结果表明:在不考虑米散射信号的影响下,该反演算法与传统的反演方法相 关键词： 激光雷达 瑞利散射 多普勒 风     

基于静电衰减规律的油品电导率测量

油品中的电荷遵循指数衰减规律,测出油品的相对电容率和时间常量,即可求出油品的电导率.通过电容比较测得油品的相对电容率,用放电过程电位的测量间接获得时间常量.采用静电自动测量系统采集数据,利用软件拟合出衰减曲线.该方法适用于电导率低于10-11S/m的油品测量.     

利用非线性Sagnac干涉法提高短脉冲信噪比

理论研究了影响Sagnac干涉法信噪比提升能力和效率的各项因素。通过控制脉冲的空间分布和衰减片透过率,能够有效提高Sagnac干涉法的效率。Sagnac干涉法提升信噪比的能力与入射脉冲的信噪比有关:入射脉冲信噪比越高,信噪比提升的量级就越大。在SILEX-Ⅰ超短超强脉冲激光装置上建立了实验平台。3 TW压缩器输出的超短超强脉冲光经衰减片进入Sagnac干涉仪,非线性介质为5 cm长的熔石英材料,衰减片透过率为55%。当入射脉冲能量为6.6 mJ时,利用三阶自相关仪测量得到脉冲的信噪比从使用Sagna干涉仪前的10-6提高到了10-7,此时出射脉冲的能量为1.6 mJ,效率为24%。该方法对光束口径没有限制,能够用于大能量条件下短脉冲信噪比的提升。     

基于云偏振的偏振成像仪参量检验方法

依据云偏振辐射传输仿真结果,选取具有偏振虹特性的水云作为实验目标,对关键偏振参量的空间环境适应性进行检验。针对偏振成像仪宽幅成像特点,通过云相态识别大面积水云,使用水云不同检偏方向的测量数据,根据仪器偏振辐射模型,对相对透过率、起偏度参量进行检验。计算结果表明:相对透过率变化小于0.2%,光学镜头起偏度变化小于0.01,仪器状态稳定,同时验证了偏振成像仪通过云偏振特性对云相态的辨识能力。检验方法及结果可为偏振成像仪在轨检测、定标提供依据,为使用多角度偏振数据的云反演应用提供参考。     

积分光谱法测量塑料薄膜厚度研究

在谱带朗伯定律概念的基础上,通过分析光束在透过塑料薄膜时光强所发生的变化,提出了谱带积分透过率定义并建立基于谱带积分透过率的薄膜厚度测量模型。采用不同厚度的聚丙烯薄膜作为实验对象,使用光谱仪测量了其光谱透过率。按上述模型拟合了薄膜厚度与谱带积分透过率关系式。使用500K理想黑体,分析了基于此方法研制新型宽谱带塑料薄膜厚度在线检测装置的可行性。实验结果表明：使用积分光谱法可以较高精度的测量塑料薄膜厚度。基于此方法研制的塑料薄膜厚度在线检测装置,有望解决使用双单色光对比法测薄膜厚度时存在的准确性低、通用性差的问题。     

基于自适应经验半解析模型的无控水深反演方法——以中国南海为例

为保障大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)二级反演数据的有效性和可靠性,需长期监测仪器在轨辐射定标准确性和稳定性。首先,根据EMI在轨测量的太阳光谱和星下点辐亮度,计算了南极洲和格陵兰岛永久冰雪地面选定数据区域的表观反射率时间序列,并建立了太阳天顶角和表观反射率的4阶双向反射分布函数(BRDF)模型。然后,利用4阶BRDF模型对2018～2020年的表观反射率数据序列进行归一化处理,得到了表征EMI定标准确性和稳定性的指标。结果表明,基于BRDF模型得到的表观反射率预测值与实测值相关系数高于0.9;用BRDF模型对表观反射率进行归一化处理后,得到的仪器辐射定标不确定度范围为2%～5%;UV2、VIS1通道两年总衰减的范围为-0.5%～0.5%,VIS2通道的两年总衰减约为1.9%,即EMI在轨运行两年间的辐射响应稳定性较高。     

基于地面周期靶标的光学遥感相机在轨调制传递函数测量方法

为了克服传统的基于周期靶标的在轨调制传递函数测量方法中测量精度过分依赖靶标组数的问题,通过对传统方法的原理进行深入剖析,提出了一种新的测量方法。在获得多组具有一定相位差异的地面周期靶标图像数据后,充分利用所有采样数据及相应相位关系,进行参数拟合,得到地面靶标经成像系统后的调制度,对比输入调制度计算调制传递函数。仿真及实际光学遥感相机的实验结果表明:仅利用两组靶标,理论上所提方法的测量精度可优于0.5%;测试图像噪声、靶标周期匹配偏差、测量角度匹配偏差等因素对测量误差的影响均在4%以内,该测量方法的适应性较高。所提方法的计算结果与倾斜刃边法具有良好的一致性,可以应用于高分辨率光学遥感相机的在轨调制传递函数测量。     

基于光谱波段优化选择的FTIR测量与分析

在主动式红外遥感测量中,大气中痕量气体的红外吸收与不同红外波段的透过率光谱有关。在很多情况下,透过率光谱在光谱定量分析中起到重要的作用,因此,对测量和仿真的透过率光谱的波段进行优化选择是定量分析的关键。文章对最佳透过率测量范围进行了理论分析, 得到了对应于待测气体浓度反演相对误差最小的理论最佳透过率值;基于谱线的洛伦兹线型通过计算得到了待测气体分子的吸收截面, 同时给出了透过率光谱的校准训练集;确定了单组分CO₂光谱测量分析的波段,优化了多组分CO, CO₂和N₂O光谱同时测量分析的波段并成功地应用于开放光路光谱仪系统。光谱拟合分析结果表明,测量光谱与参考光谱得到了很好的拟合,拟合均方根误差小于1%。     

太阳衰减屏光衰减非均匀性对星上定标的影响

利用定标光谱仪(SCS)实际光学系统参数,分析了经太阳衰减屏(SAC)衰减后的太阳漫反射板(SD)的出射辐亮度非均匀性来源。基于星上定标时刻漫反射板光谱辐亮度物理模型,结合实验室部分实测参数计算得到整年星上定标时段的漫反射板出射辐亮度角度变化规律,并与以实验室小发散角太阳模拟器作为照明光源测得的SCS漫反射板出射辐亮度随照明角度变化的规律进行了比较,验证了星上漫反射板定标时刻光谱辐亮度物理模型的正确性,且光通过太阳衰减屏照明漫反射板得到的出射辐亮度在SCS焦平面的能量非均匀性可优于0.47%/(°),满足SCS相对辐射定标对辐射源工作区域在其焦平面均匀性优于99.5%的要求。最后,根据实际应用状态,分析得到太阳衰减屏+漫反射板方式形成的星上光谱辐亮度标准面源量值不确定度可优于2.13%。     

基于FTIR光谱辐射测量分析大气透过率

提出了一种利用FTIR光谱仪进行大气透过率测量的方法。通过黑体对系统的光谱响应进行标定,由两点温度校准得到测量光谱的辐射亮度谱。在一定的距离内实测并分析计算出了CO2红外吸收波段的大气透过率谱。采用非线性最小二乘方法将测量的CO2透过率谱与HITRAN数据库中的光谱拟合得到了干洁大气中的CO2浓度值。实验结果表明,该方法是测量大气透过率和定量分析气体组分的可行性方法。     

基于Monte Carlo方法的雾红外传输仿真及分析

为了研究多次散射效果下红外辐射在雾中的传输衰减特性,基于Mie散射理论,计算了1.064μm、3.8μm和10.6μm激光在平流雾和辐射雾中的消光参量和多粒子散射相位函数.利用Monte Carlo法建立了辐射传输模型,分析了多次散射效应下接收屏、能见度和传输距离对透过率的影响,并与Lambert-Beer定律计算结果进行了比较.结果表明:当能见度和传输距离均为1km时,1.064μm激光在平流雾中的接收屏粒子数随接收屏边长的增加而显著增加;相同的能见度和传输距离下,激光在辐射雾中的衰减小于在平流雾中的衰减;10.6μm激光在平流雾中具有很好的传输性;当粒子散射能力越强、前向散射概率越大时,多次散射对透过率的贡献越明显;激光在雾中的传输衰减特性不仅与消光系数有关,还与散射系数密切相关;能见度和传输距离存在最佳组合,使得此传输条件下多次散射对透过率的贡献最大.     

真空条件下低温红外辐射测量技术研究

针对红外载荷在轨服役期间低温目标的红外辐射探测需求，提出一种真空条件下的低温红外辐射测量方案，并研制了测量装置。测量装置主要由低温红外光学系统、低温机械结构、低温红外探测系统及微弱信号处理系统构成。低温红外辐射经过光学系统会聚到探测器像面，锁相放大器利用相干检测技术将目标信号提取，完成低温红外辐射的测量。测量装置研制完成后，在真空仓内使用标准黑体辐射源，在198 K～423 K温度范围内进行了低温红外辐射定标试验，取得了有效的试验数据，测量不确定度在5%以内。该文提出的真空条件下低温红外辐射测量技术可为在轨空间红外载荷低温红外目标探测设计提供重要数据支撑。     

银吸收边附近X射线衰减系数测量

在北京同步辐射装置的4B7A中能X光束线上,光源能区为2.1~6.0keV,能量分辨大于5000,高次谐波小于0.1%,光源强度大于109光子/s。通过全能区多能点的透过率精确测量Ag样品质量厚度,然后采用Ag薄膜对单能X光子的透过率进行测量,给出了Ag薄膜在吸收边(3.4~3.9keV)的衰减系数。建立了Ag样品吸收边附近衰减系数同步辐射测量方法。通过不确定度分析给出衰减系数测量不确定度小于1%,填补了在该区间衰减系数的空白。