大孔径静态干涉成像光谱仪光谱信噪比研究

大孔径静态干涉成像光谱仪获取图谱数据立方体的过程包含干涉仪调制、探测器矩形函数卷积采样和光谱反演,其光谱信噪比评估模型复杂。从光谱能量调制、采样、反演的完整传输过程入手,根据探测器矩形卷积采样原理,采用离散傅里叶变换取实部的光谱反演方法,进行信号与噪声的理论推导,建立了大孔径静态干涉成像光谱仪光谱信噪比评估模型。考虑了与波数相关的光学系统透过率、干涉仪分束面效率、探测器量子效率等仪器设计参数和主要电路噪声参数,进行了光谱信噪比仿真计算。利用LASIS仪器进行了光谱信噪比实验测试,测试结果与模型仿真计算结果平均偏差为3.58%,单谱段信噪比趋势基本吻合,验证了评估模型的正确性。评估模型中包含了典型LASIS成像光谱仪由输入光谱辐射到输出光谱数据的各项主要技术环节,在信噪比计算公式中带入干涉仪分束面干涉效率、探测器矩形采样方式等因素对仪器光谱信噪比的影响算子,并利用实际仪器进行了实验验证,对提高LASIS成像光谱仪工程设计水平具有指导意义。     

新型偏振干涉成像光谱仪信噪比研究

基于辐射度学、电磁与偏振理论和傅里叶变换光谱学理论，从理论和实验上对超小型稳态偏振干涉成像光谱仪的信噪比进行了深入地分析与讨论.推导出了其信噪比的理论计算公式；采用计算机模拟给出了傍轴条件下信噪比随入射角的变化规律；深入分析了偏振干涉成像光谱仪所特有的偏振化方向对信噪比的影响.在调制度等于0.6，0.7，0.8，0.9，1.0时，给出信噪比随偏振器光轴偏角的变化关系，并给出最优化值.在最优化情况下，采用计算机模拟得出了信噪比随探测器像元数的变化规律，与干涉成像光谱实验结果完全相符.理论与实验结果表明，该偏振干涉成像光谱仪在高调制度的情况下具有高通量、高信噪比的显著特点，适合于航空航天、远距离目标和微弱信号的探测.该研究为新型偏振干涉成像光谱技术的研究和新型成像光谱仪的设计、研制和工程化提供了重要的理论依据和实践指导.     

偏振型干涉成像光谱仪中Savart偏光镜通光孔径的研究

论述了偏振型干涉成像光谱仪的核心部件——Savart偏光镜的结构和分光机理. 应用波法线追迹的方法, 对光在任意方位入射面内, 以任意入射角入射时Savart偏光镜中的光线传播规律及出射光孔径变化进行了理论推导, 给出了出射孔径与入射位置、入射角及入射方位角之间满足的关系, 并讨论了光线传播始终处于Savart偏光镜晶体内部, 最终从出射面射出所需满足的条件. 采用计算机模拟, 给出了光线垂直入射时, 出射孔径的表达式, 验证了推导的正确性; 在此基础上对自行设计的干涉成像光谱仪通光孔径进行了详细分析和讨论, 结果表明通光孔径精确值和近似值之间存在较大差异. 给出了孔径面积利用率随入射方位角的变化曲线, 阐明在干涉成像光谱仪的参数论证以及孔径光阑的选取中, 不能忽略由于晶体双折射现象带来的孔径变化. 研究结果可为偏振型干涉成像光谱仪的设计、研制、调试和工程化提供重要的理论依据和实践指导.     

干涉成像光谱仪的通量特性分析

针对高分辨率成像光谱仪的应用要求,对大孔径静态干涉成像光谱仪在不同光照条件下进行了计算分析,表明这种成像光谱仪在能量利用率方面有明显优势.研制仪器的机载飞行试验结果表明,虽然机载试验在2004年12月份进行,太阳高度角在全年中最小,但是图像的个别地方仍会饱和.机载飞行试验进一步验证了干涉成像光谱仪的高通量特性,同时也说明,仪器的地元分辨率指标还有提高的潜力.     

一种新型干涉成像光谱仪光学系统研究

介绍了一种新型静态干涉成像光谱仪—ＬＡＳⅡ形式的大孔径静态干涉成像光谱仪的原理、系统特性及要求,并对前置光学系统做了深入研究,光学系统的要求从全局考虑,实现普通玻璃复消色差,调制传递函数在３０对线时达到０．４以上。仪器具有原理简单、成本低（不高于色散型成像光谱仪的研制成本）、体积超小等特点。     

空间外差干涉光谱仪信噪比研究EI北大核心CSCD

以传统非成像式的高光谱空间外差干涉光谱仪为例,详细推导了传统空间外差干涉光谱仪的空域和光谱域信噪比(SNR)的表达式,分析了仪器各影响因素与SNR的关系,包含空间分辨率、光谱分辨率、干涉条纹调制度和电子学噪声等,并结合样机成像方式进行了讨论,得出了相应的结论。结果表明,计算SNR可有效评估和反映光谱仪的特性。     

空间外差干涉光谱仪信噪比研究

以传统非成像式的高光谱空间外差干涉光谱仪为例,详细推导了传统空间外差干涉光谱仪的空域和光谱域信噪比(SNR)的表达式,分析了仪器各影响因素与SNR的关系,包含空间分辨率、光谱分辨率、干涉条纹调制度和电子学噪声等,并结合样机成像方式进行了讨论,得出了相应的结论。结果表明,计算SNR可有效评估和反映光谱仪的特性。     

大孔径静态干涉成像光谱仪的干涉系统分析

从不同方面说明大孔径静态干涉成像光谱仪的特点,介绍其干涉系统的光学原理,分析基于横向剪切干涉仪的干涉系统设计思想,讨论两种高通量大视场横向剪切干涉仪,总结了大孔径静态干涉成像光谱仪的主要优点。     

大孔径静态干涉成象光谱仪中的横向剪切干涉仪

介绍大孔径静态干涉成象光谱仪的光学原理,分析基于Sagnac型横向剪切分束器的干涉系统设计方案,推导了理论和实际的光程差公式,讨论了几种具体的结构形式,总结了各自的优缺点。     

大孔径静态干涉成像光谱仪中双通道Mach-Zehnder横向剪切干涉仪的设计

大孔径静态干涉成像光谱技术是一种时空联合调制的傅里叶变换成像光谱技术,其核心元件通常采用Sagnac横向剪切干涉仪。这种结构会使进入干涉仪的光线有一半沿原路返回,降低了能量利用率。文章提出一种改进型Mach-Zehnder横向剪切干涉仪结构,克服了能量利用率低的缺点,在实现横向剪切的同时,还具有双通道输出的优点。本文通过光线追迹的方法,得到剪切量的一般表达式,并分析了各种误差源对剪切量误差的贡献。为大孔径静态干涉成像光谱仪的设计提供了新思路,可为该类型的成像光谱仪的设计与优化提供理论指导。     

目标探测的信噪比分析

从黑体辐射理论出发，分析空间目标超光谱探测时的影响因素。计算太阳对目标的表面辐射,利用大气传输模型分析软件——MODTRAN分析计算在可见光到近红外范围的天空漫反射辐射，给出了成像光谱仪接收到的目标辐射能量和背景辐射能量的计算方法，同时考虑探测器得到噪声的种类,给出主要噪声源的计算方法,从而推导出光谱仪接收到的以电子数为基本单位的信噪比一般表达式。通过分析表达式中的各种因素对信噪比的影响，提出得到较高信噪比的可行方法,从而更清楚地分辨物体。     

窄带傅里叶变换光谱仪中平稳高斯噪声的理论分析

在本文所研究的空间调制型傅里叶变换光谱仪中, 在窄的光谱带宽内进行探测可以有效提高光谱的分辨率. 为了研究光源辐射噪声对系统的影响, 本文将辐射噪声归纳为一种高斯窄带的平稳随机过程, 利用线性系统分析方法, 根据统计学原理推导了辐射噪声作为随机变量通过干涉系统前后的输入信噪比与输出信噪比. 然后, 对于一个具有窄带矩形光谱的系统进行了计算仿真, 得出了信噪比增益随着光程差在不同自相关度和互相关度取值时的变化情况. 仿真结果表明, 不同光程差下的信噪比增益在相关度空间是一单调的平滑曲面, 增益极值始终沿着相关度圆的半径和周线移动, 并且经过一个光程差又回到初始的位置. 根据对信噪比增益的分析, 可以将噪声的相关度取值控制在某一范围之内, 并作为系统光源设计与测试的依据.     

NO分子A^2∑←X^2∏跃迁的激光双光子荧光激发谱

以Nd：YAD脉冲激光器泵浦的光学参量发生器／放大器(OPG／OPA)作激发光源,获得了420～472nm波长范围内NO分子的双光子激光荧光激发谱,并利用此技术对N0分子的能级结构进行了实验研究,将所得谱线峰归属为NO(A^2∑←X^2∏)的跃迁,荧光强度随激光强度的二次方变化关系表明此过程是一双光子激发过程。利用实验所得峰值波长计算了NO(A^2∑)态的基振动频率ωe和平衡位置的力常数k。通过对NO分子A^2∑←X^2∏跃迁的荧光时间分辨光谱进行实验研究,得到266Pa气压下A^2∑(v′=0)态的能级寿命r=53．76ns。测量荧光寿命随气压的变化,利用曲线拟合得到NOA。三(v′=0,1)两振动态的自发辐射寿命和无辐射跃迁驰豫速率常数。     

基于随机共振原理的分段线性模型的理论分析与实验研究

提出了一种分段线性双稳态模型, 推导了模型的解析关系及其输出信噪比, 通过对该模型与连续双稳态模型的对比分析和仿真实验, 证明了该模型的优越性.该模型具有参数之间相互独立、易于调节的特点. 在对模型分析与数值仿真的基础上, 通过电路对强噪声背景下的微弱周期信号检测进行了实验研究. 结果表明分段线性随机共振模型能够有效实现对微弱周期信号的检测, 并能显著增强输出信噪比.     

大孔径静态干涉成像光谱仪数据源选择对压缩效果影响的研究

针对实际工程应用中存在的大孔径静态干涉成像光谱仪(large aperture static imaging spectrometer,LASIS)的数据压缩问题,根据LASIS的成像特点,在详细分析其数据特性之后,提出了基于光程差维数据源的压缩,并与以往的LASIS和LAMIS数据源压缩进行对比研究。选择不同的数据源获得的压缩效果不同,为了更合理的选择LASIS数据源,降低压缩算法带来的图像和光谱损失,实验以LASIS原理样机推扫获得的短波红外数据作为研究对象,在详细介绍了三种数据的数据特点以及提取方法之后,变换得到上述三种形式的数据源,采用工程中成熟应用的JPEG和JPEG2000算法对三种数据源分别进行逐帧压缩和重建,然后对压缩效果在图像维、干涉维和光谱维以及压缩比进行了详细的对比分析,并提取视场中三种目标物质的光谱曲线,对压缩前后它们的光谱信息损失进行了度量。实验结果表明,相较于采用LASIS和LAMIS数据源作为压缩对象,以LASIS光程差维数据作为压缩对象,无论是在图像维、干涉维还是光谱维的压缩评价标准下都表现出明显的优越性：同样的压缩方案下,基于光程差维数据源的压缩能在获得较高压缩比的同时获得更低的均方误差和更高的峰值信噪比,且对光谱信息的损失也是三种数据源中最小的。     

由加性和乘性噪声驱动的非对称双稳系统的随机共振

根据信噪比理论，研究了由乘性和加性白噪声以及周期矩形信号共同作用的非对称双稳系统的随机共振。推导出了信噪比的解析表达式，并且该表达式适用于任意的信号振幅。数值分析表明乘性噪声强度D和加性噪声强度α对信噪比的影响是不同的：对应于任意的一个非对称系数r的值，SNR-α 曲线比SNR-D曲线更容易出现随机共振。即当系统的双阱不是很不对称的时候，改变加性噪声比改变乘性噪声更容易产生随机共振。此外，势井的非对称性能够减小信噪比。     

A Flash-ADC data acquisition system developed for a drift chamber array and a digital filter algorithm for signal processing

A Flash-ADC data acquisition (DAQ) system has been developed for the drift chamber array designed for the External-Target-Experiment at the Cooling Storage Ring at the Heavy Ion Research Facility, Lanzhou. The simplified readout electronics system has been developed using the Flash-ADC modules and the whole waveform in the sampling window is obtained, with which the time and energy information can be deduced with an offline processing. A digital filter algorithm has been developed to discriminate the noise and the useful signal. With the digital filtering process, the signal to noise ratio (SNR) is increased and a better time and energy resolution can be obtained.     

基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法

太赫兹雷达系统在差频信号频谱分析过程中,干扰噪声影响其测距能力.针对上述问题,提出基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法,通过对含噪差频信号进行二次采样,利用自适应随机共振系统提取信号,进行尺度恢复完成测距计算.实验数据显示,不同测量距离时,相较于快速傅里叶变换法,输出信噪比的平均增益为9.684 d B,其中测量距离为1000 mm处,差频信号初始频谱值提高了64.1倍,系统信噪比增益为11.761 d B;相较于滤波法,在测量距离为1000 mm处信噪比增益最大,提高了70.56%;输入噪声强度为1—5 V之间时,输出信噪比曲线的曲率相对于滤波法降低了86.5%,其中噪声强度为5 V时信噪比增益最大,为14.018 d B.实验表明太赫兹雷达系统的测距能力大幅提高.