极紫外望远镜各通道夹角的测量

极紫外望远镜是由四个单通道的望远镜捆绑在一起,以便同时对太阳的相同部分观测,由于受地面装调以及发射过程中的影响,无法保证四个通道光轴严格平行,必然带来观测位置上的误差。只要测出各通道之间的光轴夹角,便可在像面上采取适当的处理方法,以便减小这种误差,但这一夹角的测量精度必须控制在0.1″内。为达到如此高的精度,采用了太阳局部边缘探测的方法,很好地解决了这一问题。     

敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标

为保证卫星在轨自动化定标中气溶胶光学特性观测的精度,针对基于相对稳定大气条件的Langley定标和基于高精度参考仪器的交叉定标,开展了辐射校正场太阳光度计的现场定标技术研究.定标结果表明高精度太阳光度计Langley定标和交叉定标与CE318太阳光度计反演的气溶胶光学厚度最大偏差分别在0.015和0.01以内.计算分析了大气条件、仪器参数等对现场定标的影响,将定标后的仪器和CE318太阳光度计放在青海湖同步比对观测,气溶胶光学厚度最大偏差在0.01以内.敦煌辐射校正场太阳光度计现场定标误差对卫星在轨定标的影响不超过0.21%,表明定标结果能够满足卫星在轨自动化定标的精度要求.     

天空背景光学辐射特性测量北大核心CSCD

光学成像和光信息空间传输等领域需要对天空背景特性进行定性或定量的研究。Modtran等模拟计算方法无法有效模拟复杂多样的气候条件和地理环境。建立专门的测量装置获取天空背景光谱特性参数,与理论模型计算结果进行了比对,分析了两者的一致性和差别。通过观测数据得出:在天空比较均匀的环境中,天空光谱亮度通常随着太阳角的增大而减小,当观测方向接近地平面时(大约同地平面夹角小于30°),天空亮度随着太阳角的增大而增大;在晴朗无云的天空中,光谱亮度分布偏蓝,天空亮度主要集中在短波段部分;在阴天和有云天观测到的天空亮度光谱明显红移。     

空间目标光学特性模拟实验研究

 通过不同材料、形状的空间目标模拟实验测量,研究了几种简单形状目标和卫星缩比模型的光学特性。结果表明：光源 目标 探测器的位置对目标的光学特性起决定作用,对于球体和柱体目标来说,光源和探测器的相位角是影响接收到光辐射的主要因素,而对于立体状目标,它的光学特性则与特定的入射角和观测角有关;对静止卫星而言,其光学特性主要受太阳能电池板对地夹角和观测面积的影响。该研究有助于实际观测数据反演空间目标的姿态,便于对空间目标特性数据进行归类和分发。     

多面体模具角参数自动测量方法的研究

多平面冷反光镜模具质量的好坏直接影响着出射光束照度的均匀度和出射光束的定向性，目前使用的检测方法存在测量过程繁琐费时，测量精度低等缺点。本文介绍了一种利用ＣＣＤ线阵光电探测器研制的多面体模具角参数自动测量系统。该装置采用光学方法，将待测的几何参数——两相邻平面间夹角α转化为测量该两平面反射光聚焦光斑的距离，然后用ＣＣＤ图像数据采集系统处理数据。使整个系统简单、紧凑，适用范围广，对不能接触测量或因面形太小或因形状复杂而难以测量的平面夹角均可进行测量。本文亦讨论了实验数据处理，并根据实际情况，采用重心法计算光斑中心位置，使测量精度有了很大提高。最后给出了利用该系统测量的结果。     

新真空太阳望远镜多波段高分辨率成像系统的视场定标

为了实现新真空太阳望远镜(NVST)多波段图像0.1″精度的视场匹配,提出了针孔光阑视场定标的方法,并在NVST光球[TiO(705.8nm)]通道和色球[Hα(656.28nm)]通道上进行了实验分析。采用11×11点阵的针孔阵列光阑,对两通道视场之间的旋转、放缩和平移关系进行了定标。通过仿射变换实现两通道太阳图像的高精度视场匹配,精度可达0.031″。虽然匹配残差在整个视场内(约为2′)存在不均匀性,视场边缘最大残差为0.076″。定标参数的数值会随着光学平台位置的变化而改变,造成了0.05″的视场匹配差异,但这些匹配差异都在分辨率要求的精度之内。对TiO通道和Hα通道实测数据的分析也证明了上述方法的精度估计。     

光源位置偏差对光斑的影响分析

以目前国内研制的多光源太阳模拟器光学系统为研究对象,采用数值计算和软件模拟相结合的的方法对太阳模拟器光学系统光源存在不同空间角度偏差时光斑汇聚形式和汇聚效果进行了分析,确定光源允许产生的最大位置偏差,并依据研究结果指导光斑的调节。结果表明,太阳模拟器光源的空间位置是影响复合光斑形状和能量分布的关键因素,可为太阳模拟器光源调节系统的设计、光斑数据分析和关键零部件加工精度的确定提供参考。     

中国巨型太阳望远镜热光栏光学分析

中国巨型太阳望远镜（CGST）采用共轴格里高利光学系统,主镜直径8 m,焦比为1。热光栏是中国巨型太阳望远镜（CGST）的一个核心结构,安装在主焦点位置,热光栏反射掉大部分热量（约为29 kW）,但是本身也会吸收一小部分热量。对热光栏结构进行设计,运用TracePro软件模拟分析太阳中心观测,太阳边缘观测,内冕观测和超出范围观测4种情况下太阳的辐照度分布,并计算得出了热光栏各部分的辐射分布,为设计后续的冷却系统提供了数据参考。     

周视光电观瞄设备动密封的摩擦力矩分析

在结构设计解决周视光电观瞄设备的动态密封问题后,动密封所带来的摩擦力矩就成为周视光电稳定的重要制约因素。通过对3种典型应用动密封原理的周视光电观瞄设备分析研究,着重分析了动密封的摩擦力矩对结构、稳瞄精度的影响,并结合实际工程应用给出3种动密封形式所对应的摩擦力矩分析和估算方法,提供给稳瞄和结构设计人员,以期对后续稳瞄系统设计有所帮助。最后在同一周视转台上,对3种动密封进行了试验验证并进行分析计算,得出磁流体是解决周视光电设备动密封较好形式的结论。     

多幕光学法测量弹丸炸点坐标及误差分析

针对飞行弹丸对空中目标近炸炸点位置测量,提出了多幕光学法测量技术。根据试验特点,分析了多光幕交汇测量弹丸炸点位置存在的问题,研究了采用侧向相机辅助多光幕交汇测量技术。通过相机采集到的炸点图像,建立相机、模拟目标和多光幕交汇光幕阵列空间几何计算模型。利用弹丸的飞行轨迹和弹丸炸点图像平面坐标,研究了弹丸炸点侧向空间坐标的计算方法和多光幕交汇测量系统二维坐标修正原理,给出了弹丸炸点坐标计算函数。利用微分法从交汇光幕夹角、光幕幕厚、测时和测距等方面分析测量误差。经计算分析,模拟目标中心高度小于50m时,炸点三维坐标的误差小于40mm。     

利用太阳光度计CE318反演气溶胶光学厚度改进算法的研究

针对影响太阳分光光度计精度的各种因素误差分析,分别在太阳天顶角,大气光学质量,Rayleigh光学厚度,臭氧总量等方面做了方法上的改进,以提高气溶胶光学厚度的反演精度。利用一般的文献上的处理方法做为比较,先考虑各种影响因素单独影响,再综合考虑各因素的影响结果,提出了太阳分光光度计处理的高精度算法,并应用于太湖等实际测量的反演中。实验处理表明本文改进算法对提高气溶胶光学厚度反演的精度有着良好的效果。将为仪器的使用,数据的处理提供有益的参考。     

对地观测高分辨率TDICCD相机调焦控制系统设计

本文详细介绍了一种基于卫星平台的对地观测高分辨率空间TDICCD相机调焦控制系统的设计与实现。针对相机轨道标称值为644.6 km的太阳同步轨道,为实现对地全色成像2 m分辨率和多光谱成像8 m分辨率,推扫成像不小于100 km的地面覆盖宽度要求,采用8片TDICCD高精度交错拼接技术获得高分辨率相机焦平面,以实现对地推扫成像高分辨率和宽覆盖的要求。首先,介绍高分辨率TDICCD相机的离轴光学系统设计;然后,介绍相机调焦系统组成和TDICCD长焦平面拼接技术;最后,对相机调焦系统进行调焦精度测试,根据测试数据分析出相机调焦精度并与理论设计值进行比较分析,调焦,精度测试结果为±7.2 μm(3σ),满足高分辨率TDICCD相机在轨成像需要的高精度调焦要求。     

光学图像中的抛物线目标特征检测方法研究

针对光学图像中的抛物线目标特征检测问题,提出一种基于最小二乘法的抛物线检测方法。采用Canny边缘检测算子进行边缘提取,对提取到的边缘点采用最小二乘法确定抛物线方程的系数,通过对二次曲线施加抛物线约束,使得算法不需要经过迭代就能得到最优解,并对抛物线方程进行坐标变换推导,计算出抛物线的参数。仿真数据实验和实际图像的实验表明:该算法能够检测到光学图像中的抛物线目标特征,各个参数的计算精度均在98%以上。     

A finite difference method of solving anisotropic scattering problems

A new method of solving radiative transfer problems is described including a comparison of its speed with that of the doubling method, and a discussion of its accuracy and suitability for computations involving variable optical properties. The method uses a discretization in angle to produce a coupled set of first-order differential equations which are integrated between discrete depth points to produce a set of recursion relations for symmetric and anti-symmetric angular sums of the radiation field at alternate depth points. The formulation given here includes depth-dependent anisotropic scattering, absorption, and internal sources, and allows arbitrary combinations of specular and non-Lambertian diffuse reflection at either or both boundaries. The method is shown to be faster than the doubling method when the number of depth points and angular quadrature points is identical. Numerical tests of the method show that it can return accurate emergent intensities even for large optical depths. The method is also shown to conserve flux to machine accuracy in conservative atmospheres. Finally, several checks are made that demonstrate that the new method can compute accurate radiation fields in atmospheres with variable optical properties.     

双星光学观测体系的目标定位误差分析

为提高双星光学观测体系的定位精度,构建了新型双星光学定位系统。通过对卫星、光电观测平台的建模,构建了地惯系下平台与目标间的观测矢量模型。利用几何定位算法,推导出了地惯系下的目标定位模型与定位误差模型,并利用蒙特卡罗法获得了定位误差分布。在此基础上,引入了小波理论进行误差的优化重构,以提高双星光学观测体系的定位精度。利用测量数据进行仿真,结果表明,引入小波理论对目标定位误差进行降噪重构后,可以使目标定位精度提高30%,为工程上减小目标定位误差提供了新的思路。     

晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型

 利用大气光学质量和大气气溶胶光学厚度的经验公式,由HITRAN数据库获得大气分子谱线参数,基于辐射传输方程,给出了晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型。根据该近似计算模型对晴朗无云天空光谱辐射亮度进行的计算结果表明：天空光谱辐射亮度曲线上存在明显的O₂和H₂O吸收线;晴朗无云天空辐射的光谱分布偏蓝,天空亮度主要集中在短波段部分;太阳角小的天空光谱亮度出现“红移”现象;由于大气厚度变大,近地平的天空辐射亮度较大。     

Radio emission of loop structures on the sun at near-critical frequencies

An exact formula is derived for the optical thickness of an inhomogeneous plasma layer (Epstein layer) that simulates a loop structure on the sun for a wave of TE polarization and oblique incidence. Constraints on the angle of incidence on the current layer are found for which the formula for optical thickness also describes well the case of TM polarization. Elementary coronal-loop models are examined and it is shown that the radioemission intensity spectrum without allowance for the magnetic field can have a broad peak at frequencies close to the plasma frequency at the center of the layer. A comparison with observation data is performed.St. Petersburg State University. Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 36, No. 6, pp. 467–474, June, 1993.     

Roughness determination by direct visual observation of the speckle pattern

There are mechanical and optical methods of measuring the roughness of surfaces. Mechanical methods are of a destructive type, while optical methods, although they are non-destructive, involve relatively complex systems and calculations. In this work a simple method is introduced, which allows one—through the direct observation of the speckle pattern—to make a visual correlation, comparing the first pattern with others obtained when the beam incidence angle varies. With this method it is possible to obtain results with acceptable accuracy for many industrial uses.     

一款新型高精度全自动多波段太阳光度计

研制一种高精度全自动可实时测量、远程控制覆盖可见-近红外多波长太阳光度计PSR-2, 可实现太阳直射辐照度、天空辐亮度(主平面、等天顶角)、气溶胶光学厚度、大气柱水汽含量和臭氧含量的实时测量和显示，具有各通道独立同时测量、精确的温度控制、精确的太阳跟踪等检测功能。PSR-2在本单位自研PSR-1的基础上进行改进，经受住长时间沙漠风沙和雨水侵蚀的测试，具有能够长时间有效稳定观测、更加小型化、数据处理更便捷和更高的性价比等特点。在敦煌给仪器进行了Langley法标定和仪器温控性能测试，结果显示PSR-2 Langley定标拟合直线相关性高于99%，恒温仓温度稳定在在(25±0.3)℃，与国外行业标准CE318的合肥、敦煌两地实际测量结果对比，PSR-2气溶胶光学厚度和大气柱水汽含量偏差分别在0.02和0.1以内，并进行了误差分析。     

Optical tomography with the discontinuous Galerkin formulation of the radiative transfer equation in frequency domain

Optical tomography is an inverse method of probing semi-transparent media with the help of light sources. The reconstruction of the optical properties usually employs finite volumes or continuous finite elements formulations of light transport as a forward model for the predictions. In a previous study, we have introduced a generalization of the inversion approach with finite elements formulations by using an integral form of the objective function. The novelty is that the surfaces of the detectors are taken into account in the reconstruction and compatibility is obtained for all finite element formulations. This present paper illustrates this new approach by developing a Discontinuous Galerkin formulation as a forward model for an optical tomography application in the frequency domain framework. Numerical tests are performed to gauge the accuracy of the method in recovering optical properties distribution with a gradient-based algorithm where the adjoint method is used to fastly compute the objective function gradient. It is seen that the reconstruction is accurate and can be affected by noise on the measurements as expected. Filtering of the gradient at each iteration of the reconstruction is used to cope with the ill-posed nature of the inverse problem and to improves the quality and accuracy of the reconstruction.