红外高光谱探测CO_2柱总量的敏感性分析

利用辐射传输模型MODTRAN5模拟计算了红外高光谱仪在光谱分辨率、光谱定标精度、地面反射率、大气廓线以及辐射分辨率对CO_2气体含量探测敏感性的影响,同时定义探测辐亮度随气体含量改变的变化量指标S值,并对探测灵敏度、光谱分辨率和信噪比SNR的关系进行了综合分析。为我国红外高光谱大气探测仪的设计以及高光谱大气成分反演研究的开展提供重要的科学依据。对CO_2柱总量反演通道的选择和实现CO_2气体探测敏感参数分析具有重要的参考价值。     

高超声速流场中CO2的红外辐射研究

文中针对高超声速绕流场中驻点线上的CO2气体展开了辐射光谱的相关研究,分析了CO2 对 整个高超声速目标的红外辐射产生的影响。研究了以球体作为飞行本体,通过计算流体力学的方法,描述高超声速流场中驻点线的物理状态以及CO2的含量变化。以此为基础,通过逐线法计算了不同 飞行条件下绕流场中驻点线上CO2的辐射光谱。估算了发生烧蚀现象时,CO2的辐射光谱。通过理论 计算,发现在典型的高超声速飞行状态下,无烧蚀的纯空气高超声速流场中驻点线上CO2 的红外辐 射远小于飞行器本体的红外辐射。而在有烧蚀的情况下,激波层中的CO2的红外辐射将不可忽略。     

高光谱与高分辨率CO2探测仪安装座结构设计

随着环境大气污染程度的加剧,特别是CO2 增加,各国对大气环境质量的监测越来越重视。相应的高光谱与高分辨率探测仪的应用也越来越得到关注。而星载探测仪必须满足空间环境的要求才能保证探测仪的成像质量。安装座作为探测仪的关键部件,它的设计合理与否对探测仪的精度具有很大的影响。因此根据探测仪使用要求及安装接口设计了三种安装座结构,对比其在力学振动和温升条件下的性能。从理论和实验得出,平动式安装座在力学振动环境下一阶频率达到82 Hz,准直镜组件相对光栅面偏转小于10,成像镜组件相对光栅面偏转小于10,都能满足设计技术要求。在4℃温升环境下,平动式安装座的结构对准直镜组件和成像镜组件产生的影响最小,都小于17,能够保证探测仪的成像质量。通过分析和实验证明该结构合理可行,并为后期相关仪器的支撑设计提供了参考。     

热红外高光谱成像仪的灵敏度模型与系统研制

热红外谱段是对地观测高光谱遥感中非常有用的波段,受限于技术发展,热红外谱段的高光谱成像系统在国内的空间光电系统中并不多见,近年来在国家相关部门的支持下发展迅速,取得了较大进展。结合十二五期间研制的机载热红外高光谱成像仪系统,建立了信号流模型,对系统背景辐射进行了建模仿真,并对红外焦平面组件等效暗电流进行了分析测量,在此基础上得出了影响系统的探测灵敏度的关键因素,给出了系统设计低温光学100K制冷的设计依据。机载热红外高光谱成像仪研制完成后,还进行了探测灵敏度实际测量并与仿真结果进行了对比分析,对未来进一步发展热红外高光谱成像技术积累了重要数据。     

红外辐射光谱反演CO2浓度的敏感性研究

机载高分辨率光谱数据的测量具有空间分辨率高、信息量大的特点,且高光谱数据反演低层大气CO2浓度的灵敏度高。通过高分辨率大气辐射软件的数值模拟计算,使用1.57um（6315～6385 cm-1）波段反射的太阳光反演CO2浓度。研究结果表明只要探测器的信噪比(SNR)达到700:1和分辨率达到0.07 cm-1,可以探测到很小的CO2 （1%, 3.3 ppmv）变化。并分析了大气中的气溶胶和地表温度的变化对高分辨率CO2光谱数据的影响。     

FY-4A静止气象卫星红外高光谱大气探测仪GIIRS探测灵敏度分析

灵敏度是重要的遥感器辐射性能指标.本文将红外高光谱大气探测仪仪器噪声灵敏度概念拓展,定义了面向探测仪在轨应用的大气参数灵敏度和地表温度误差灵敏度,给出了相应的计算模型和相互关系.并将之应用于第一台静止气象卫星红外高光谱大气探测仪FY-4A GIIRS在轨应用探测灵敏度评估.根据探测仪测试数据和大气历史统计资料,得到了大...     

新型高重复频率脉冲CO2 激光器

报道了一种新型高重复频率的脉冲CO2激光器。该型激光器结构紧凑,激光器外型尺寸为300 mm300 mm300 mm,工作气体放电增益体积为12103mm3,谐振腔的长度为310 mm。为了获得大体积均匀稳定的气体放电,激光器采用了紫外电晕预电离方式。在激光器自由运转时,单脉冲激光的输出能量达到15 mJ,输出脉冲的半高全宽为70 ns。激光器采用紧凑型高速涡轮增压风机,在一个大气压的条件下,气流循环速度超过100 m/s,激光脉冲重复频率为1.5 kHz,采用大体积强迫冷却和气体主动置换技术,可以获得较长时间激光稳定输出。在已有的实验基础上,采用光栅调谐,可快速准确地实现高重复频率脉冲CO2激光器的谱线选支输出。     

红外高光谱遥感成像的技术发展与气体探测应用（特邀）

相对可见光和短波红外谱段来说,在红外谱段进行高光谱遥感成像具有独特优势,特别是在资源勘查、地表环境监测、大气环境监测、军事侦察方面。尽管当前红外高光谱成像仪主要以机载为主,还未实现星载,然而国内外相关机构从未放弃推进红外高光谱遥感的星载化。文中首先分析了国内外典型的红外高光谱成像仪的设计、实现与技术指标,从光谱分辨率、空间分辨率、辐射分辨率三个核心指标总结了现有红外高光谱成像仪的技术特点、存在问题和解决途径。未来很长的一段时间内,红外精细分光、低暗电流焦平面探测器、低温光学与背景抑制仍然是红外高光谱成像仪研制所要解决的核心问题。在此基础上,文中重点介绍了在远距离气体探测方面的应用,并分析了其独特优势。最后,展望了红外高光谱成像技术的发展方向。     

高单脉冲能量重复频率TEA CO2激光器

为了满足激光推进、光电对抗等应用领域的需要,研制了一台高单脉冲能量高重复频率新型TEA CO2激光器。采用紫外(UV)预电离双路Ernst石墨电极串并联放电结构、超薄水冷不变形镜折叠腔、双回路直冷式封闭循环流动系统和高压大电流快脉冲开关电源等技术,解决了高功率高压电容充电、高气压大体积均匀辉光放电、高气压高速均匀流场、激光谐振腔和高脉冲能量、高重复频率脉冲激光输出等技术难题。成功研制了一台最大脉冲激光能量92 J,重复频率35 Hz,激光输出发散角1.4 mrad,脉冲能量稳定性0.8％,平均功率大于3000 W的脉冲激光器。     

卫星高光谱红外大气探测的正演模拟研究

利用精确的红外大气辐射传输计算模型KCARTA,模拟计算了光谱分辨率、通道光谱响应函数、光谱定标精度、大气倾斜路径和表面发射率对高光谱观测亮温的影响.正演计算的结果表明：1）提高光谱分辨率明显增加了可探测的大气亮温;2）各种内、外部因素的变化对高光谱仪器将产生远较低光谱仪器更大的观测亮温差.本研究可为我国高光谱大气探测仪器的设计以及高光谱大气探测反演算法研究的开展提供科学的参考依据.     

CO2激光治疗牙龈增生的疗效分析

目的应用CO     

L1/2正则化的逐次高光谱图像光谱解混

由于高光谱遥感图像的混合程度较高,使得传统的非负矩阵欠逼近（Nonnegative Matrix Underapproximation,NMU）算法所提取的基本成分仍然不纯,且易受噪声影响。针对这些不足,提出了一种基于L1/2正则化的软阈值NMU逐次光谱解混算法。首先,通过引入丰度的L1/2正则项来增强算法的地物区分能力,进而提高所分离地物的纯度;其次,利用软阈值惩罚函数代替NMU中的残差非负约束,通过调节惩罚因子来控制非负元素的数量,从而提高算法的抗噪性能。在仿真数据和实测数据上的实验结果表明,即使在有噪声的条件下,该算法也能得到较好的分离结果。     

中高层大气CO2临边辐射院模拟与观测对比分析

利用更新的高层大气辐射传输软件(SHARC)中的非局域热平衡辐射传输模式模拟了SABER传感器观测的CO2 15m、4.3m宽带通道临边辐亮度,并与相应的SABER实测数据进行了对比分析。讨论了CO2 non-LTE辐射传输的一般特性;验证了SHARC的可靠性,确定了其适用范围。在一定的精度要求下,利用SHARC模式可以较准确地模拟所有中纬度大气条件的CO2 15m、4.3m带临边辐射特性。而若要更精确地模拟中高层大气CO2 non-LTE辐射特性并应用到极地夏季等极端大气条件下,在提高该高度大气参数精度的同时,改进模式的算法也是必要的。     

非色散红外CO2传感器温度补偿方法研究

针对非色散红外CO₂传感器受温度影响导致测量精度低的问题,设计了单光路双通道的非色散红外CO₂传感器,提出一种BP神经网络补偿气室温度的新方法。本文分析了温度对传感器的光源、探测器以及对气体吸收系数的影响,并将BP神经网络补偿气室温度方法与其他补偿方法进行了实验对比。实验结果表明,BP神经网络补偿气室温度方法优于其他补偿方法,在测量10%～20%浓度范围内的CO₂时,最大相对误差为2.98%,重复性实验显示RSD为1.22%,为非色散红外CO₂传感器补偿温度提供借鉴意义。     

新一代工业用高功率CO2激光器

本文综合介绍和评述了新一代工业用高功率CO2激光器, 它可以采用高频、射频或微波放电的激励方式。这些激光器的放电功率密度可大于30 W／cm2, 因此其结构紧凑、重量轻, 稳定性和可靠性更能满足工业生产的要求。     

低功率CO2激光辐照对多层石墨烯结构的影响

在真空环境下使用不同功率密度的CO2激光对化学气相沉积法(CVD)生长的石墨烯进行辐照,通过研究辐照前后的拉曼光谱变化考察了激光功率密度及辐照时间对多层石墨烯结构的影响。结果表明,当功率密度较低(13W/cm2)时,石墨烯拉曼光谱中的D峰降低,2D峰增强,石墨烯内的掺杂、缺陷减少。随着功率密度的增加,石墨烯的缺陷增多,部分缺陷连接形成晶界,使石墨烯分解为纳米晶。在58 W/cm2的功率密度下,当作用时间为120s时,在石墨烯表面产生非晶碳。研究表明,适当参数的CO2激光辐照能改善石墨烯的内在性能。     

红外高光谱成像仪(ATHIS)对矿物和气体的实验室光谱测量

首先介绍了热红外高光谱成像应用的独特优势,然后论述了机载热红外高光谱成像仪（Airborne Thermal-Infrared Hyperspectral Imaging System, ATHIS）灵敏度优化的设计方法,结合仪器特点介绍了实验室矿物发射光谱和气体吸收光谱测量的辐射模型,分析了样本红外光谱与温度分离的数据处理流程。在此基础上,利用ATHIS开展了矿物发射光谱和气体红外吸收光谱的实验室测量,结果表明,利用ATHIS仪器和本文建立的数据方法已具备准确反演矿物发射率光谱和气体吸收光谱的能力,后续将利用该仪器开展多平台的遥感应用试验,为未来开展星载热红外高光谱相机研制和数据处理方法奠定基础。     

高功率TEA CO2激光器控制系统设计

随着高功率TEA CO2激光器技术的快速发展,及其在工业加工、科学研究、航空航天等领域的广泛应用,对其自身控制系统也提出了更高的性能要求。针对所研制的高功率TEA CO2激光器,设计了一种基于DSP数字信号处理器技术的控制系统,分别从硬件、软件两方面对控制系统的核心单元做了详细的介绍;为了克服激光器在工作过程中产生的强电磁干扰,对控制系统采取了屏蔽箱体结构、电源滤波、安全接地、数字滤波、关键数据存储自恢复、抗复位干扰等设计。经过激光器长时间运行试验,控制系统工作稳定、可靠,控制响应速度快,同时满足了抗强电磁干扰的设计要求,具有很好的实用和推广价值。     

MODTRAN5中不同光谱分辨率带模式对计算大气吸收带背景辐射的影响

大气吸收波段对于从卫星高度向下探测空间亮目标有特殊的优势,使用辐射传输模式MODTRAN5模拟计算了中红外大气吸收波段不同光谱分辨率100 km高度大气背景辐亮度的变化。将三个波段不同分辨率的结果平滑到统一分辨率进行对比表明：4.3 mm不同光谱分辨率相对误差最大可超过10%;其中0.2 cm-1光谱分辨率的计算结果与精确的逐线积分最为接近;3.2 mm与2.7 mm波段不同光谱分辨率的计算结果误差较小,其中2.7 mm波段最大误差小于5%。进一步将MODTRAN4和MODTRAN5的1 cm-1、5 cm-1光谱分辨率计算结果与逐线积分做了比较,表明使用MODTRAN5的低光谱分辨率计算4.3 mm波段的辐亮度可能产生较大误差。     

光子晶体光纤CO2气体传感器的研究

为了能高灵敏度地检测CO₂气体的体积分数,基于红外光谱吸收原理,设计了一种以9m长的空芯光子晶体光纤作为传感单元的CO₂气体传感器。利用该传感器测量了不同体积分数的CO₂在同一吸收波长下的吸收光谱图。结果表明,气体的吸收光强和气体的体积分数之间呈线性变化,与比尔-朗伯定律一致;传感器的灵敏度可达4.389×10-5W。可通过加长光子晶体光纤的长度,来增加气体吸收的有效距离,使传感系统获得较高灵敏度。