天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪设计

太阳光在地球大气传输过程中产生的散射会呈现出固有的偏振特性,因此利用大气散射偏振态分布特性及其与太阳照射几何以及地表观测几何之间存在的对应关系,为地球大气层内导航提供了可能。然而因气象变化造成的大气组分改变会直接影响光散射分布,从而影响基于偏振态分布的方向定位精度,因此在偏振导航实际应用过程中,其方向指引精度受大气状况影响较大。为研究不同气象条件下天空偏振态变化内在机理,研制了一台天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪。该仪器可按需进行定时段、定天区、多天候天空光谱偏振态测量,采用分时偏振同时分谱非成像测量体制。仪器主要由偏振分析模块、偏振检测方位定位驱动电机、微型光谱仪、GPS定位模块、嵌入式采集控制模块、二维载重转台等部分组成,光谱范围为390~960nm,光谱分辨率为1.5nm,观测视场为3°,光谱线偏振度测量精度优于98.85%,偏振角测量精度优于0.1°,单点观测时间小于9s。经实验室定标和外场测试,表明该仪器可在多种气象条件下稳定观测天空光谱偏振态,其测量数据可用于天空偏振态影响机理相关研究。

航空偏振辐射计偏振精度验证及带外响应分析

为满足航空平台图像大气校正的应用需求,在可见近红外至短波红外波段,同时获取大气多谱段偏振辐射信息,研制了一种用于航空轻量化的偏振探测仪器,航空偏振辐射计。首先,对仪器进行系统描述与光学组件简介,并给出仪器的主要技术参数,其次为保证仪器数据的可用性与参数反演精度,仪器装调之后,在实验室进行绝对辐射定标及偏振测量精度验证。研究结果表明:航空偏振辐射计的绝对辐射定标不确定度优于2.51%,各偏振波段对0.2线偏振度目标的偏振测量精度优于0.16%。同时对490 nm波段偏振精度不理想的情况进行分析,并使用单色仪系统验证其受带外响应影响,通过对比实验验证,针对490 nm波段的偏振通道,去除带外响应影响后,其偏振精度从2.29%提升至0.06%。

“高分五号02星偏振载荷在轨测试和信息处理”专辑前言

高分五号卫星,以高光谱和“偏振”分辨以及大气观测为特色,成为高分专项系列中的旗舰星,其在扩展光谱和辐射维度方面代表了国产卫星的最高水平,自2018年发射后取得了新技术测试的系列成果。2021年发射的高分五号02星,在整体继承了高分五号设计的同时,新搭载了颗粒物观测扫描偏振仪,并且其他载荷技术指标和应用能力也进行了优化提升。为展现高分五号02星载荷新技术、在轨测试以及信息处理的最新进展,《大气与环境光学学报》组织策划了“高分五号02星偏振载荷在轨测试和信息处理”专辑。

陆地生态系统碳监测卫星多角度偏振成像仪细粒子气溶胶反演

细粒子气溶胶光学厚度是大气环境监测、气候变化评估所需的关键参数。对2022年8月发射的陆地生态系统碳监测卫星(CM-1)上搭载的多角度偏振成像仪(DPC)进行了较为系统的介绍。DPC/CM-1的主要改进是星下点空间分辨率从3.3 km提升到2.4 km。针对DPC/CM-1载荷及数据特点,发展了基于偏振与光谱特征和空间纹理特征的云检测方法,同时耦合了多角度信息实现较严格的云像元判识。该方法对于沙漠、植被、丘陵,以及海表耀光及非耀光区域等不同下垫面,均有较好的检测效果。发展了基于改进气溶胶模型的细粒子气溶胶光学厚度(FAOD)反演算法,利用全球地基气溶胶观测网(AERONET)数据对FAOD反演结果进行了验证,拟合直线斜率达到0.95以上,且有接近73%的数据分布于期望误差以内,说明了反演算法的可靠性。FAOD反演结果清晰显示出全球FAOD空间分布特征,其中,印度、非洲中部等地区受人口分布、工/农业排放、生物质燃烧等影响,FAOD高值达到0.7~0.9。DPC/CM-1在轨测试期间的初步反演结果表明其在大气环境监测、污染传输分析等方面的潜力,能够提供更精细尺度的大气参数反演结果。

基于PCIe和M-LVDS的数据传输系统设计与实现

针对某光刻调焦调平测量系统研究项目的数据采集以及测试需求,设计了基于PCIe和M-LVDS的数据传输系统,实现了数据采集板与主控板、主控板与上位机之间的通信。数据采集板采用FPGA作为主控芯片,利用AD7608芯片同步采集多路Si光电二极管光电流经转换放大后的电压,并基于M-LVDS链路与主控板建立数据通道和控制通道;主控板采用Zynq作为主控芯片,通过高速串行总线PCIe与计算机进行通信,并设计灵活可靠的数据交互机制;基于Qt Creator开发了上位机软件,用于实现指令下发、数据采集等功能。测试结果表明:系统各部分工作正常,各数据交互机制能够稳定可靠地运行,可以满足项目预研阶段的需求。

大气环境监测卫星双偏振仪器校飞验证

同一卫星观测平台上的不同偏振遥感器,可通过数据融合获取更高质量的探测结果。基于该设想,搭建了由高精度偏振扫描仪(POSP)和同时偏振相机(SIPC)构成的同平台偏振仪器航空验证系统,并完成了飞行实验。文章系统阐述了其系统构成、数据预处理、视场匹配和交叉定标方法,评估并展示了部分航空验证结果。结果表明:POSP和SIPC视场匹配误差约为0.12个POSP像元;通过偏振交叉定标、均匀陆地地表这2个仪器辐亮度偏差为2.54%,偏振度偏差为0.013,验证了双偏振仪器探测数据的有效性和交叉定标的可行性。为星载偏振交火探测系统设计、数据预处理、偏振交叉定标方法和在轨应用评价等提供了依据和支持。

星载“偏振交火”传感器设计及初步在轨应用

针对近地表细颗粒物含量的卫星遥感精度问题,系统提出了“偏振交火”的卫星遥感策略和模型,开发了高精度偏振扫描仪(POSP)和多角度偏振成像仪(DPC)双偏振载荷套件,装载在大气环境监测卫星上并成功发射。本文在介绍“偏振交火”原理的基础上,系统论述了载荷工程的实现方法和在轨应用方法,初步展示和评估了在轨应用效果。在轨初步应用结果显示:双偏振载荷间能够实现稳定交火工作,视场匹配精度优于0.077 POSP像元;基于L1级数据初步开展了双偏振载荷间的辐射和偏振交叉定标/验证,共有波段拟合优度(R2)分别达到0.999和0.993;基于“偏振交火”载荷观测数据融合反演的近地表PM_(2.5)与地基网络监测结果的相关性为0.684,偏差落在期望误差(EE)范围内的比例为88.36%。初步在轨结果达到了预期应用目标,显示了“偏振交火”方案在气溶胶污染监测方面的应用潜力。

面向有效载荷的准实时在轨健康评估系统

卫星遥测数据通常有2种手段获得,一种是卫星经过地面测控站下传的实时遥测和延时遥测;另一种手段是通过数传分系统下传的全球遥测。全球遥测作为监视卫星载荷健康状态的主要手段,存在数据量大、文件数量较多、人工处理和判读工作量大等问题。针对该情况,提出准实时在轨健康监视系统的设计方案。该系统具备遥测源码定时获取、有效载荷遥测数据提取和解析、遥测数据存储、遥测数据自动判读和特征统计、超限报警、曲线显示和数据输出等功能,可对卫星有效载荷的健康状态进行准实时、自动化的监视和评估。

高光谱观测卫星偏振交火工程设计及在轨性能评估

2021年9月7日发射的高光谱观测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025)》中规划的一颗业务星,是我国高光谱遥感能力的重要标志。高光谱观测卫星运行于高度为705km、降交点地方时为10:30的太阳同步轨道。针对细颗粒物探测,卫星配置了偏振交火传感器,通过由高精度偏振扫描仪(POSP)与大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)构成的双偏振载荷的联合探测,获取观测区域的气溶胶光学厚度(AOD)、PM2.5等气溶胶信息。本文主要介绍了高光谱观测卫星总体技术方案和双偏振载荷方案,详细阐述了偏振交火模式设计要点,包括时统设计、光谱通道设置、光谱匹配设计以及视场匹配设计等工程设计。同时,对偏振交火模式的在轨性能进行了评估,评估结果表明:双偏振载荷的同步观测采集时间差优于0.4ms,视场匹配误差优于0.066POSP像元,满足反演应用需求。最后,对双偏振载荷在轨测量精度进行了交叉验证,验证结果表明辐射测量值与参考值拟合决定系数均高于0.96,线偏振度在轨交叉验证平均绝对差异优于0.0088,均满足在轨探测精度的设计要求。

高分五号02星多角度偏振成像仪在轨辐射性能初步评价

2021年9月我国成功发射的高分五号02星[GF-5(02)]上搭载有多角度偏振成像仪(DPC)和高精度偏振扫描仪(POSP),组成了“偏振交火”观测方案。为评价GF-5(02)卫星DPC传感器的在轨辐射性能,基于2022年1月DPC和POSP观测数据,采用海洋瑞利散射和“偏振交火”交叉定标两种方法,实现了DPC在轨绝对辐射定标和视场内相对辐射一致性检验。结果表明,DPC/GF-5(02)在轨后的绝对辐射和相对辐射响应较发射前的实验室定标结果均未发生明显改变,在轨前后各波段绝对辐射系数差异均小于5.3%,视场内相对辐射响应变化均小于2%。其中,443nm波段瑞利散射和“偏振交火”交叉两种方法获得的绝对辐射定标系数一致性较高,偏差约为2%;而490nm和670nm波段两方法定标结果偏差较大,偏差分别为7.4%和7.7%。整体上,DPC/GF-5(02)在轨后的辐射稳定性优于DPC/GF-5。

星载偏振成像仪供配电系统可靠性分析

供配电系统是星载偏振成像仪电子学系统的重要组成部分,它不仅要满足将卫星平台提供的一次电源转换成载荷所需的各种二次电源的功能需求,同时还需要满足载荷在轨运行时的高可靠性和长寿命要求。电子元器件的应力分析法是分析电子系统可靠性的一种重要方法,基于应力分析法并根据GJB/Z299C-2006《电子设备可靠性预计手册》,对星载偏振成像仪供配电系统各组成部件的电子元器件进行失效率计算,并结合系统结构框图对系统的可靠度进行分析。分析结果表明,采用冷贮备的冗余设计方式可以明显提高系统的可靠度。

紫外多角度偏振探测气溶胶层高的信息量分析初步研究

为探究多角度偏振在紫外波段对气溶胶层高(ALH)的探测能力,在不同的观测几何、气溶胶和地表类型等条件下系统评估了多角度偏振在紫外波段的ALH反演信息量。基于最优估计理论和信息量分析方法,分析了紫外波段365 nm和388 nm两个通道模拟仿真数据对ALH的灵敏度,并进一步讨论了不同观测组合对ALH信息量和后验误差的影响。研究结果表明:(1)多角度偏振观测可有效提高ALH反演的信息量。(2)多角度卫星观测信息量随观测角度个数的增加显著提升,当反演中使用的角度数增加到5个时,ALH的信号自由度(DFS)提升了0.4以上。(3)添加388 nm波段偏振观测或365 nm波段强度观测这两种方案均能提升ALH的DFS。但相对而言,偏振观测方案受气溶胶模型误差影响更小,能更好地提升ALH反演的信息量,尤其是改善了低气溶胶光学厚度(AOD)条件下的ALH反演。

基于GF-5(02)卫星DPC数据的2022年春季陆表细粒子气溶胶光学厚度空间分布

大气细粒子气溶胶主要来源于人类生产生活排放,可以反映人为活动对大气的影响,因此细粒子气溶胶光学厚度(AOD_(f))是大气环境领域重要的基础大气参数之一。本研究基于查找表反演方法,利用高光谱观测卫星[GF-5(02)]多角度偏振成像仪(DPC)数据,得到2022年春季(3&5月)的全球陆表AOD_(f),并通过AERONET对反演结果进行了初步验证。对AOD_(f)的分析结果表明:1)全球陆表AOD_(f)分布呈现明显的南北差异,南半球基本为低值,北半球的高值区域主要集中在亚洲地区;2)中国地区陆表AOD_(f)在“胡焕庸线”两侧差别显著,东南侧的高值主要集中在川渝腹地、华北平原和两广地区,而西北侧基本表现为低值覆盖,人为和自然因素均对AOD_(f)的分布有一定的影响;3)南亚地区和非洲中-北部的AOD_(f)分布与当地燃烧活动产生的烟尘以及季风环流等因素有一定的相关性。此外,DPC的AOD_(f)数据与MODIS细粒子产品的对比结果表明二者的AOD_(f)高值区域分布基本一致,而DPC在高亮地表有着更为完整的反演结果,可以为全球和重点区域的大气环境监测提供支持。

基于散射矩阵的气溶胶识别与粒径分布反演研究

散射矩阵是描述介质散射特性的重要参数,该参数对介质的理化特性敏感。为研究利用该参数对气溶胶进行识别及理化特性获取的可行性,设计并实验测量了聚α烯烃和氯化钠两种气溶胶样品的散射矩阵,讨论了二者矩阵元素的角度分布规律,并基于Mie散射理论,采用模板匹配的方法利用测量结果对聚α烯烃气溶胶的粒径分布进行了反演。结果表明通过矩阵元素的角度分布规律可以对两种气溶胶进行有效识别与区分,结合相关散射模型与反演方法还可以获得气溶胶的理化特性。该研究为气溶胶识别及其理化特性的获取提供了方法参考。

虚拟维修训练系统发展综述及其关键技术探讨

文章述说了虚拟维修训练系统的意义、原理、运用现状、结构组成和关键技术 ,着重探讨了基于知识和模糊神经网络的虚拟现实技术在维修训练领域中的运用 。

星载红外探测器组件寿命试验研究及系统设计

探测器是航天有效载荷中完成光电转换的核心部件,且一旦发射升空,几乎不可能对其进行维护、修理和更换。采用经过筛选的无寿命数据的商业红外探测器存在风险,热电制冷器(TEC)的使用寿命是探测器组件寿命的薄弱环节,其可靠性对探测器的正常使用具有重要影响。因此,对红外探测器组件的寿命试验研究至关重要。首先分析了某航天载荷红外探测器的工作模式及TEC的失效机理,制定了恒定应力结合定数截尾的加速寿命试验方案降低时间成本;然后,从硬件和软件的两个部分详细地阐述了红外探测器寿命试验系统的搭建,并展示了设备实物图和红外探测器温度循环效果图;最后,运行寿命试验系统,试验时间累积约170d,红外探测器温度循环累积约30 000次。试验结果指出:两种型号星载红外探测器经过寿命试验后G12180相对光谱响应率最大变化1.45%,G12183相对光谱响应率最大变化4.44%,G12180组件热电制冷器制冷驱动电流最大增加了4.30%,G12183组件热电制冷器制冷驱动电流最大增加了7.50%,探测器组件的使用寿命和性能变化满足航天载荷需求。

机械传动系统故障诊断中的时序分析法

叙述了 AR(自回归 )技术在机械传动系统故障诊断中的应用 ,首先结合 AR模型的特点 ,讨论了在机械传动系统中应用的可能性 ,然后简述了 AR模型的参数估计 ,并就故障诊断中的模型建立与识别及其实时性等问题进行了探讨。给出了基于参数模型的故障诊断的方法和准则。

基于模糊控制的工程机械传动系统保养技术研究

介绍了一种工程机械传动系统的保养技术方法,该方案通过建立一个利用模糊控制方法的工程机械与保养设备之间的循环清洗系统,以实现清洗保养过程的智能化,可有效改善工程机械的技术状况,提高企业经济效益。

认识超级电容技术在工程装备上的应用

根据超级电容器功率密度高、充电时间短、使用寿命长以及容量超大等特点,分析超级电容器在现有工程领域内的优势进而分析超级电容器在工程装备中的应用。

优化英语教育结构 提高英语实用能力

目的探索提高高职护理学生英语实用能力的教学改革。方法以系统论为依据,分析和总结重新搭建英语教育结构,注重各课程间的协同效应的探索。结果在3届6个护理实验班的英语教学实践中取得了良好的效果。结论优化英语教育结构是提高英语实用能力的新尝试。