冲击噪声对多普勒差分干涉仪相位反演精度影响分析及校正方法

多普勒差分干涉仪通过测量干涉条纹的相位变化反演大气风速,由于CCD探测器会受到宇宙射线干扰和CCD自身存在的热像元,干涉图上会形成位置和强度随机的冲击噪声,严重影响风速反演精度.本文探讨了冲击噪声各参数对多普勒差分干涉仪相位反演精度的理论影响,并对冲击噪声进行修正,针对干涉图冲击噪声的特点,基于多普勒差分干涉仪相位反演模型,建立了相位误差与冲击噪声特征参数之间的理论模型,分析指出冲击噪声的强度、位置、峰宽对相位反演精度影响规律,并利用实验数据进行验证.结果表明,相位反演误差随冲击噪声的位置呈周期性变化,与冲击噪声强度和峰宽呈正相关.提出一种最近邻比较与加窗中值滤波结合的干涉数据冲击噪声校正算法,能够有效修正冲击噪声点,且不会对原始干涉数据产生影响,校正后冲击噪声引起的相位误差减小90%以上,有助于提高后续干涉数据处理的精度.

基于偏振干涉成像光谱仪的视场增强和相位热漂移补偿关键技术的研究

偏振干涉成像光谱技术以傅里叶变换光谱学为理论基础,以一系列起偏/检骗器、剪切分束器和延时晶体等双折射晶体材料为主要结构,较之传统光栅式色散型光谱仪具有多通道、图谱合一、大光通量、高信噪比和抗环境振动干扰等一系列优点,并且结合多普勒光谱学相关原理和技术,已被广泛应用在各种天文学和天体物理学测试与计量领域如空间遥感、视向速度、宇航飞行、月球探测等。但是许多前人研究工作中仍然存在两个尚未妥善解决的问题:(1)视场受限。普通型偏振干涉成像光谱仪存在远场条纹的弯曲而使系统视场角限制在±2°以内,严重影响傅里叶变换后的光谱重构精度;(2)相位热漂移。晶体的热胀冷缩和双折射率之差随温度变化的特性导致像面干涉条纹发生随机抖动误差,将严重影响以多普勒频移为原理的视向速度等测量精度。因此,首先引入一块半波片构成增强型的Savart剪切分束器实现主动的视场展宽,可以使增强后的观察视场角达到±10°左右。这一改进不仅提高了傅里叶光谱变换的算法精度,同时也大幅增加光通量从而实现对微光光谱进行高信噪比的探测与标定。另外,为了消除环境温度造成的相位热漂移误差,选用偏硼酸钡(α-BBO)和铌酸锂(LiNbO3)两种晶体进行精密组合匹配。该关键技术利用这两种晶体的双折射率之差随温度变化的相反特性,从而实现相位热漂移误差补偿。实验证明,在实验室环境温度下热相位漂移误差不超过0.02rad。通过这些方案改善偏振干涉成像光谱仪的测试精度,拟实现对天文光梳以及其他大型天文光谱仪器快速而精确的标定与测试。