相对反射深度的秦皇岛海域叶绿素浓度反演

海水中的叶绿素浓度是描述海洋初级生产力、获知浮游植物丰度及变化规律、评估环境质量、预报生态灾害的主要参数。国内外卫星遥感叶绿素产品的通用反演模型是利用不同波段上遥感反射光谱的强度比值来构建的OCx（x=2~6）算法,应用在一类水体中,全球尺度上的平均相对误差在35%左右。但对于固有光学特性复杂且具有较大区域差异性的二类水体,OCx算法误差较大甚至失效。现有研究成果表明,光谱的相对高度有利于特征波段信息提取及水色信号信噪比的提高。但基于相对高度构建反演模型,目前尚存在波段单一、应用面窄等问题。在我国近岸水体中,相对高度模型的构建方法及应用效果尚需进一步研究和验证。在对秦皇岛近岸海域的叶绿素浓度和表观光学参量进行原位测量的基础上,对高光谱数据进行了规范化处理,选取了特征波段并利用特征波段的相对反射深度构建了反演模型。模型反演值与实测值的相关系数为0.883 58,平均相对误差为28.33%;将模型与OCx等算法进行比较,平均相对误差均降低了27%～50%;模型验证估算值的平均相对误差为31.17%。在此基础上,对我国海洋卫星HY-1C水色水温扫描仪的多光谱数据及实测叶绿素浓度进行了相关分析,并基于443及520 nm处的相对反射深度建立了反演模型,模型估算值的平均相对误差比同期L2B产品降低了53.44%。结果表明,基于相对反射深度构建反演模型,可充分利用叶绿素特征波段信息、降低数据敏感性、提高水色要素的信噪比,进而大幅提高模型的反演精度及稳健性。对于水色要素的高光谱及多光谱反演模型构建、水体光学参量测量、卫星产品普及应用、初级生产力估算、生态环境监测、水动力过程研究等领域具有重要的科学意义及较强的应用价值。     

CO_2探测仪星上定标铝漫反射板的制备与试验

为了研制CO2探测仪定标漫反射板,采用物理研磨和化学腐蚀相结合的工艺方法制作了铝漫反射板试验样块,搭建了相对双向反射分布函数和半球反射率的测试装置。在0°和45°入射光的情况下,对可见近红外波段的测试结果表明：表面粗糙度影响铝漫反射板的朗伯特性,240#研磨砂制作的漫射板的朗伯特性最佳;化学腐蚀不仅能提高铝漫反射板的朗伯特性,也能提高铝漫反射板的半球反射率。当选取碱蚀温度为室温20℃、NaOH溶液浓度为52.6 g/L时,最佳腐蚀时间约为4 min;镀膜使铝漫反射板的半球反射率平均提高20%,但会使其朗伯特性稍变差;不同波长处铝漫反射板的相对双向反射分布函数略有不同,但变化趋势相同。实验确定了影响漫反射板漫反射特性的关键参数,并定量优化了这些工艺参数,为进一步研制CO2探测仪星上定标漫反射板提供了依据。     

CO2探测仪1610nm通道光谱仪的精细定焦

基于能量集中度的装调方法采用一套由可调谐激光器、积分球、平行光管和数据采集处理软件等组成的精细定焦系统,以确定CO₂探测仪1 610 nm通道光谱仪的最佳焦面位置并完成探测器的精确安装,以像元光谱响应曲线(ILS)的全高半宽度(FWHM)作为聚焦评价函数,通过调整探测器方位遍历搜寻该函数最小值并作为正焦的最终评价依据,进而完成光谱仪的精细定焦任务。定焦结果显示:探测器获得的光谱响应曲线平均半宽度为0.128 1 nm,与理论值吻合良好。该系统不仅操作简单、结构紧凑且具有较高的定焦精度,也为光谱仪定标等后续工作提供了实验保障。     

微型X射线数字成像系统的测试与应用

研制了一套采用X射线敏感CCD作为成像探测器的微型数字成像系统并用于牙科诊断。应用牙齿模型与分辨率测试卡对系统的辐射剂量和分辨率进行了测试,采用分段线性校正对CCD与转换屏耦合下的响应不均匀性进行校正,并通过计算线性相关系数辨别瑕疵像元以避免误判。测试了系统在高分辨率、小工作幅面X射线检测方面的应用效果。结果显示,系统分辨率高于10lp/mm,在获得相近对比度图像的条件下,所需的辐射剂量仅为胶片的10%,图像非均匀性相对校正前可降低27.5%。得到的结果表明,系统满足高分辨率、低辐射剂量的使用要求,在微小物体X射线检测方面具有较大的应用潜力。     

温度对星载成像光谱仪谱线漂移的影响

为了研究温度对成像光谱仪谱线漂移的影响,分析了谱线漂移与光谱成像系统各镜面刚体位移之间的关系,建立了温度对成像光谱仪谱线漂移影响的理论模型,通过软件仿真和热光学试验对理论模型进行了验证和修正。基于线性光学理论建立了镜面刚体位移对谱线漂移影响的数学模型,使用蒙特卡罗法对理论模型进行了数值仿真验证;采用有限元法求解了温度载荷下各镜面的刚体位移,在Matlab软件环境下利用Code V的API函数对变形后的光学系统进行了光线追迹,求解了镜面刚体位移导致的谱线位置变化,研究了成像光谱仪的谱线漂移特性,得到了温度载荷作用下的谱线漂移模型;通过热光学试验对理论模型进行了验证和修正。结果表明,在8℃～28℃范围内,谱线在光谱方向仅发生整体平移,没拉伸或压缩效应;基于线弹性理论和线性光学模型建立的理论模型与试验结果吻合较好,最大偏差不超过12%,修正后的谱线漂移模型相对误差小于5%,绝对精度优于0.2pixel。     

基于DNA电化学传导的可重置键盘锁

选择巯基化并含有PW17碱基序列的DNA在金电极上自组装,在10 μmol/L Pb²⁺存在下,Pb²⁺诱导自组装的DNA形成Pb²⁺稳定的G-四联体.通过微分脉冲伏安法发现Pb²⁺稳定的G四联体在-0.365 V vs.Ag/AgCl出现一Pb²⁺的还原峰.依据Pb²⁺与EDTA的强配位作用,EDTA可以与G-四联体中的Pb²⁺作用,并伴随G-四联体的构型转变为自由态的DNA.以组装在电极上的DNA为工作单元,Pb²⁺和EDTA作为输入信号,-0.365 V处的还原峰为输出信号,根据Pb²⁺和EDTA加入顺序的不同,键盘锁处于“开”或“关”的状态.在Pb²⁺与EDTA的交替作用下,G-四联体和自由态DNA可以互相转化,同时电化学的输出信号在循环5次后基本保持不变,键盘锁呈现出良好的可重置性.     

DNA/银纳米簇荧光探针在检测Pb2+中的应用

基于DNA/银纳米簇的荧光特性报道了一种简单、灵敏、高选择性的荧光方法检测Pb²⁺.以茎部为富G结构,环状部分为聚C结构的发夹型DNA为模板合成具有稳定荧光的银纳米簇.当加入Pb²⁺后,发夹型DNA在Pb²⁺诱导下形成G-四链体结构,破坏了发夹型DNA的构型,极大地影响了合成银纳米簇的模板结构,导致银纳米簇的荧光强度降低.Pb²⁺存在和不存在时所产生荧光强度的差异与发夹型DNA的碱基序列和茎部配对碱基数有关.依据这一现象,在优化DNA碱基序列和茎部配对碱基数的基础上,可实现100 μmol/L至100 nmol/L范围内对Pb²⁺的定量检测,检出限为10 nmol/L.该方法对Pb²⁺的检测具有较好的选择性,并可应用于实际水样中Pb²⁺的检测.检测结果与原子吸收光谱进行比对,显示出较好的一致性.