基于连续投影算法提取特征波长的空中目标参考光谱选取

空中目标在相对稳定的状态下具有确定的光谱辐射特性,因而可以利用光谱达到识别其型号的目的。首先,通过建立空中目标光谱辐射特性计算模型,获得了其归一化光谱辐射亮度数据。然后,利用连续投影算法对光谱进行特征波长提取,在保留一定精度的同时有效减少了所需数据量。最后,使用区分能力更强的混合光谱相似性测度SID (TAN)匹配光谱,研究在3~5μm波段和8~14μm波段两个大气窗口内,光谱辐射特性在不同飞行高度和飞行时间下的变化规律。结果表明:飞行高度对光谱辐射特性的影响大于飞行时间;3~5μm波段的变化较8~14μm波段明显。因此在建立光谱数据库时,为了提高识别的准确率,相对于8~14μm波段,3~5μm波段更需要考虑不同因素对光谱辐射特性的影响;相对于飞行时间,应尽可能多地选取不同飞行高度下的光谱作为参考光谱。

紫外波段高光谱太阳参考光谱时变模型研究

太阳参考光谱是星上辐射定标和波长定标的基准。太阳活动周期内,太阳辐照度光谱幅值存在周期性波动,紫外波段光谱幅值变化达10%以上,相对于3%的星上绝对定标需求,太阳的时变特性不可忽略。针对不同分辨率和采样率的太阳参考光谱,首先研究了插值间隔和卷积间隔对计算MgII参数的数值影响,通过分析比较后选择合适的插值、卷积间隔,并基于Climate和SORCE的MgII参数时间序列完成太阳周期性变化建模。然后选择2003年8月21日至2012年4月15日期间80组数据,每组包含2个不同日期的不同波长的辐照度光谱幅值和MgII值,针对该80组数据使用一阶拟合取代比值方法计算得到转换因子,将不同日期的太阳参考光谱幅值修正到同一日期并与实际观测真值比较;结果表明了一阶拟合与比值方法相比有着更高的反演精度及预测精度。最后,基于一阶拟合转换因子和MgII参数时间序列对现有光谱进行时间和格式归一化,通过分波段筛除偏离较大光谱数据的方法构建了2008年6月25日,分辨率为1 nm、采样率为0.1 nm的太阳参考光谱。原有的12条光谱经过筛除后,留下全波段均位于中位的光谱6条,所构建的光谱同筛选出的6条光谱平均值相比,绝对误差在0.982%以内。所构建的光谱可以通过MgII参数时间序列和转换因子计算得到任意日期下的光谱。针对该参考光谱利用KNMI高光谱进行分辨率和采样率提升,最终基于我国计划发射的风云三号紫外高光谱臭氧探测仪(OMS)在轨观测和星上定标需求,构建得到了波长范围250~500 nm,分辨率0.1 nm,采样率0.01 nm的太阳参考光谱。

天空光光谱监测大气污染的参考光光谱研究

本文研究了利用天空光光谱反演大气成分的方法中,参考光谱对测量结果的影响。分析了中午的天顶光光谱、实时采集的天顶光光谱对信号的影响,提出了针对空间任意方向的大气污染(尤其局部的突发性污染),实时采集的低污染区天空光光谱是具体研究污染最合适的参考光谱。其结果为将该方法应用于监测大气环境提供了依据。

自参考光谱干涉技术原理及应用

在啁啾脉冲放大飞秒激光系统中,为了获得近傅里叶变换极限的超短飞秒脉冲输出,需要对飞秒脉冲的光谱相位进行测量并消除未被补偿的残留啁啾。而光谱干涉仪因为其线性性、结构简单和灵敏度高等优点在飞秒脉冲光谱相位测量方面具有重要应用。介绍了基于交叉偏振波或自衍射效应的自参考光谱干涉技术,详细论述了该技术的工作原理。特别地以高斯光谱入射脉冲为例,对待测脉冲的光谱相位重构进行了详细的数值模拟,并指出基于交叉偏振波及自衍射效应的自参考光谱干涉技术对线性啁啾的测量范围。最后简单介绍利用光谱干涉仪和声光可编程色散滤波器相结合,用以消除飞秒激光脉冲中光谱相位残留啁啾的原理,实验中通过2次反馈迭代就获得了近傅里叶变换极限的飞秒脉冲输出。

Dense-1D-U-Net:用于自参考光谱干涉飞秒脉冲相位测量

超快激光脉冲形状宽度测量的核心是光谱相位的精确测量。本文提出了一种结合深度学习的自参考光谱干涉(SRSI)方法,并用该方法进行了飞秒脉冲相位的测量。该方法基于针对一维信号的Dense-1D-U-Net神经网络,采用经典的编码-解码网络结构并加入稠密连接和跳跃连接来提高网络的性能。结合SRSI法的特点,本文设计出结合了稠密连接块的Dense-1D-U-Net神经网络。基于大量接近真实光谱相位的模拟光谱相位数据可以发现,基于Dense-1D-U-Net的SRSI算法的计算结果的均方根误差相比传统SRSI算法至少降低一个数量级。与有无稠密连接、跳跃连接的对照组神经网络进行对比,分析了Dense-1D-U-Net的优势。最后用实验测量数据验证了使用模拟数据训练的Dense-1D-U-Net具有计算实验数据的能力。Dense-1D-U-Net神经网络未来可以拓展应用到超快光谱等其他一维信息研究领域。

宽谱段高光谱成像仪星上波长定标方法

高光谱成像探测仪在轨波长漂移和性能衰变是有效载荷在轨长期工作必须解决的问题。利用太阳辐射光谱和大气后向散射辐射光谱中特有的Fraunhofer吸收线可作为星上波长定标的基准。针对波长定标精度需求,优选出高精度的太阳参考光谱,用仪器狭缝函数卷积后初选出87条Fraunhofer吸收线,并分析了由Fraunhofer吸收线分布非均匀性引起的系统误差,以及由仪器探测能力不同而产生的随机误差。综合最大偏差和RMS,确定了在满足定标精度优于0.01 nm的条件下,可用的76条太阳Fraunhofer线的精确位置。该研究为高光谱成像探测载荷在轨高精度波长定标奠定了基础。

大气臭氧地基遥感反演的退卷积方法

本文提出了一种大气臭氧地基遥感信息处理的新方法，它利用非线性退卷积方法和等效仪器函数提高光谱分辨率，利用非线性最小二乘法进行大气臭氧反演计算，可以显著提高大气臭氧遥感的可探测高度和精度．

双光子自相关测量超短激光脉冲技术的研究

介绍了超短脉冲测量的常用技术,包括二阶自相关法、频率分辨光学开关法、自参考光谱位相相干电场重建法等,提出了一种新的测量方法——双光子自相关测量法,并进行了大量实验,试验表明,利用双光子自相关法能较精确地测量低功率、低重复频率超短脉冲的脉宽。和其他方法相比,试验装置更为简单。

飞秒脉冲测量技术

随着飞秒激光技术的发展 ,飞秒激光脉冲的准确测量已成为非常重要的研究内容 .文章在简要概述几种常见测量方法的基础上 ,着重综述了近年来发展起来的光学频率光栅开关法 (FROG)及自参考光谱位相相干电场重建法 (SPIDER) ,并介绍了文章作者进行的相关工作 .

邯郸市大气NO_2浓度的测量与分析

NO2是大气污染的主要气体之一,其浓度的快速监测对相应地区环境改善具有重要的指导意义。本文以NO2浓度极低时的地面天顶光作为参考光谱,其它时刻天顶光作为样品光谱,利用差分吸收光谱(Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS)法,对2014年2月5日邯郸市大气中NO2浓度及其变化进行了实时监测,并分析了浓度变化的原因。本文采用的NO2浓度监测方法具有实验搭建简单、耗费较低、精度较高等优点,具备较强的实用性。