VHF雷达空域干涉法探测曲靖电离层E区场向不规则体精细结构

针对VHF相干散射雷达传统观测方式的探测能力局限,构建了空域干涉法探测实验系统,其具备对电离层场向不规则体(field-aligned irregularity,FAI)三维精细结构探测能力.结合曲靖E区FAI干涉探测实验数据,实现了对系统相位偏差校正及回波三维空间位置精确获取,得到了不规则体云团的三维精细结构以及漂移运动过程,包括FAI回波散射点的三维空间位置以及FAI云团的三维空间外尺度、漂移运动轨迹和漂移速度等.探测实例结果表明:其东西、南北和高度向分布范围分别为-35~20 km、85~120 km和95~130 km,对应的三维外尺度分别为23.8 km、7.6 km和7.6 km;东西向漂移速度要大于其他两个方向,并呈现出5~6 min的准周期回波特征.

基于光学相干和微弱信号检测的干涉探测技术

在前人工作的基础上,分析了干涉探测的基本工作原理;采用波动光学理论、平面波近似和非相干叠加等方法对干涉探测技术进行了理论分析和数学建模,并通过计算机仿真验证了该技术的可行性。通过与传统光电探测技术的比较发现,干涉探测技术更适用于在强天光背景下对暗弱目标的搜索。

一种新的光热干涉探测技术

提出了一种以样品前后表面反射的探测光束在远场形成干涉为基础的新的光热干涉探测技术.给出了聚焦激光束照射平板样品时两反射光束在远场形成的干涉场光强分布和调制光束加热时的光热干涉信号表达式.光强分布和实验测量结果一致.并以氟铝酸盐玻璃平板为样品进行了光热实验.还讨论了该光热方法作为一种灵敏的检测技术在光学材料特性、弱吸收测量以及微体积痕量分析等方面的应用前景.

干涉式大气垂直探测仪光学基板的轻量化设计

采取在光学基板背面挖减轻孔的方法来实现对干涉式大气垂直探测仪的光学基板进行了轻量化设计。通过有限元分析的方法首先确定最合理的减轻孔个数,然后采用有限元参数优化的方法对减轻孔的长、宽两个设计参数进行了优化,从而获得光学基板的最佳设计方案。轻量化后光学基板的质量减少到了原来的25%,因此光学基板的轻量化设计为今后航天仪器光学基板结构的设计提供了理论依据。

FY-4A干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)资料云检测技术

目前FY-4A/GIIRS资料同化中直接采用多通道扫描成像辐射计(AGRI)的云检测结果,云污染视场内全部通道被剔除,部分可用通道信息丢失。为了获得这些可用通道信息,基于McNally给出的云检测原理,利用GIIRS观测和RTTOV模拟晴空结果,结合GIIRS灵敏度等辐射特性,提出了自主的GIIRS云检测方法。结果表明:GIIRS与AGRI的云检测结果一致性较好,当GIIRS视场中存在细云或碎云时,二者存在一定差异;利用得到的云顶高度,可获得云污染视场中的可用通道,通道使用率增加13.76%。该云检测方法为GIIRS资料同化提供了重要参考。

空间激光干涉引力波探测器轨道修正方法

针对空间激光干涉引力波探测器轨道修正问题,提出一种基于虚拟编队构型设计的航天器轨道修正方法。空间激光干涉引力波探测器由3颗航天器组成等边三角形构型。由于入轨误差和摄动的影响,探测器的构型不稳定。假设名义轨道上运行着一颗理想航天器,实际轨道上的真实航天器与之组成虚拟编队,探测器的3颗真实航天器分别与对应的理想航天器组成3个虚拟编队。考虑探测器构型稳定性要求和摄动的影响,对虚拟编队的构型进行设计,进而求解航天器平均轨道要素修正量。求解得到的航天器平均轨道要素修正量小于偏差量,轨道修正通过四脉冲控制实现。数值仿真结果表明,该方法通过部分轨道修正满足了探测器的构型稳定性要求,具有减少燃料消耗、延长任务寿命的潜力。

风云四号A星干涉式大气垂直探测仪在轨定标及性能评价

干涉式大气垂直探测仪(GIIRS)是风云四号A星(FY-4A)的三大主载荷之一,其主要功能是实现大气温度和湿度参数的垂直结构观测.为了满足卫星数据定量化应用的要求,FY-4A星成功发射之后,围绕GIIRS开展了一系列的在轨定标和性能评价工作.评价结果表明:除部分通道受到有机挥发物的影响,85%的通道灵敏度优于设计指标;利用大气辐射传输模式,通过比较观测光谱与模拟光谱的均方根误差来确定激光有效采样频率,实现了GIIRS在轨光谱定标,精度达到10 ppm;利用星上面源黑体,考虑到非理想干涉图的相位影响,采用改进后的两点式外黑体定标法,实现了星上在轨辐射定标,长波和中波的平均亮温偏差均小于1 K,优于设计指标.

卫星干涉式垂直探测仪图像导航配准成像试验方法

干涉式垂直探测仪(GIIRS)是气象观测的重要有效载荷,对卫星平台的稳定性要求很高,采用图像导航配准技术可解决星上活动部件运动、卫星平台姿态抖动对GIIRS成像的影响。为了在地面验证GIIRS的成像性能,文章提出图像导航配准成像试验方法。利用3轴气浮台模拟3轴稳定卫星零重力下的自由转动,利用GIIRS样机模拟GIIRS的成像特性和在轨扰动,验证了动力学补偿特性和图像运动补偿特性。试验结果表明:采用图像导航配准成像试验方法,卫星特定频率下的姿态稳定度提升了80.8%,图像运动补偿精度优于13.78μrad,满足GIIRS成像需求。

干涉式大气垂直探测仪读出电路研究

干涉式大气垂直探测仪是风云4号气象卫星的重要有效载荷,用于获取大气的多种三维信息。成功设计了一款适用于干涉式大气垂直探测仪的红外焦平面读出电路。电路采用CTIA注入级结构,积分电容4档可选。并且工作方式灵活,同时采用相关双采样结构有效地降低了电路输出噪声。电路使用CSMC 0.5μm 2P3M 5 V工艺流片,电路测试结果符合理论设计预期,噪声小于0.14 mV,动态范围达到85.6 dB。耦合中波HgCdTe探测器测试正常,噪声小于0.43 mV,动态范围达到75.6 dB,符合干涉式大气垂直探测仪红外焦平面要求。

联合静止气象卫星成像仪和高光谱红外大气探测仪观测的三维水平风场反演

风云四号A星(FY-4A)上搭载的干涉式红外探测仪(GIIRS)是首个地球静止轨道上的红外高光谱大气探测仪,它可以提供连续的三维大气温度和水汽的观测,通过追踪水汽的移动可以反演得到不同高度的大气水平风场。本研究利用台风玛丽亚(2018年)期间FY-4A加密观测(15分钟间隔)的GIIRS数据开展晴空和部分云区的三维水平风场算法研究,重点研究如何联合同一卫星平台的多光谱成像仪(AGRI)改进GIIRS部分云视场区的三维风场反演结果。利用ERA5独立测试集、CRA40再分析和空投探空数据开展对晴空和云区的三维风场反演结果的检验,基于该个例的反演结果表明:(1)基于GIIRS亮温信息反演得到对流层水平风场,在晴空区均方根误差小于1.5 m s^(-1),方向绝对差基本在15°左右,在部分云视场区,均方根误差为1.5~1.7 m s^(-1),方向绝对差基本在20°左右。与光流法相比,基于GIIRS亮温的直接反演表现出更好的优势,其均方根误差和方向绝对差明显小于光流法的结果。(2)按云量和云顶高度分类后,表现出云量越多、云顶高度越高则RMSE(Root Mean Square Error)越大。在部分云视场区,进一步在反演模型输入中加入来自同平台上成像仪(AGRI)云量和云高信息后,RMSE有所减小,表明更高空间分辨率的AGRI产品可以改进GIIRS部分云覆盖区的风场反演精度。(3)基于GIIRS亮温信息反演的风廓线与CRA40再分析、空投探测风廓线有较好的一致性,表明利用静止卫星红外高光谱大气探测仪观测亮温反演风场的合理性和可行性。

引力波本质及其探测原理和探测技术

引力波的成果探测不仅验证了已故科学家爱因斯坦的预言,更是提供一种观测极早期宇宙的方式。大多数人对引力波的本质所知甚少,现今的探测器庞大又昂贵,大大限制了对引力波的研究。本文从讨论引力波产生过程和传播方式,解密了引力波波的特性,进而阐述其本质。本文还在引力波现有的探测技术的展示过程中讨论其探测原理,最后根据引力波本质特性探讨新的探测技术——基于超材料特性的微型引力波探测器。该探测器能够满足一般研究团体对不同波段的引力波进行探测,为解密宇宙奥秘提供了更可观的选择。

基于光纤马赫-曾德尔干涉仪的强度测量研究

根据光外差检测原理,分析得到干涉测量适用于信号光强小于参考光强的探测,直接测量适用于信号光强大于参考光强的探测的结论。利用自制的全光纤马赫-曾德尔干涉仪系统,对位移信号进行了测量。实验结果表明:当位移信号较小时,干涉测量的灵敏度分别为62.068μW/mm和9.90mV/mm,而非干涉测量的灵敏度分别为4.30μW/mm和0.35mV/mm;当位移信号较大时,干涉测量的灵敏度分别为2.643mV/mm和0.055mV/mm,非干涉测量的灵敏度分别为12.326mV/mm和4.194mV/mm,测量结果与分析得到的结论一致。对于光纤干涉仪强度调制检测的应用具有参考价值。

干涉图零光程差位置的确定方法

风云四号A星干涉式大气垂直探测仪在轨运行以来发现,受噪声、采样误差、条纹计数错误等影响,干涉图零光程点会发生定位偏差.干涉条纹平移引起的相位误差与波数成线性关系,对残余相位进行线性回归分析可以得到零光程差位置的偏移量.利用在轨实测数据,应用残余相位方法,分析了零光程点定位偏差校正前后对相位谱及辐射光谱的影响.该方法已经应用于风云四号A星干涉式大气垂直探测仪的在轨数据预处理中,并取得了很好的应用效果.

激光主动干涉条纹间距识别光学目标口径

利用物理光学相关知识及Collins衍射积分公式和硬边光阑的复高斯函数分解法,推导得到目标处干涉图样条纹间距与光学目标反射光时间分布关系的解析表达式.从原理分析、仿真计算和实验研究等方面研究了干涉场的条纹间距、光学目标口径参数和反射光时间分布包络的峰峰数、峰峰间距和峰峰比之间定量关系.结果表明,当条纹间距的大小约为目标的口径尺寸时,反射光时间分布包络的峰峰数由单峰向多峰过渡,峰峰间距和峰峰比曲线会出现极大值,根据这一变化规律可以估测出光学目标的口径参数,其估测精度受条纹间距可调节范围的影响.

基于IASI的中国NH_(3)浓度及排放时空分布特征分析

基于红外大气探测干涉仪(IASI)反演的NH_(3)柱浓度数据,利用排放通量盒模型和动态NH_(3)寿命估算了中国2008~2016年的NH_(3)排放量,并结合中国的土地覆盖类型、人口密度及人口增长数据分析了中国NH_(3)浓度及排放的空间分布和年际变化趋势.结果发现,2008~2016年中国平均NH_(3)柱浓度、排放通量密度和排放量分别为6.81×10^(15)molec/cm^(2)、1.43g/m^(2)和10.09Tg,其中山东、河南两省的NH_(3)浓度增长最快,年均增长率分别为1.47×10^(15)和1.23×10^(15)molec/(cm^(2)⋅a).高浓度及高排放强度区域主要集中在华北、新疆中部及四川盆地地区,表现为向四周逐渐减小的趋势分布,这与中国的耕地、高人口密度区域分布基本一致.中国的NH_(3)排放量整体呈上升趋势,从2008年的9.33Tg增加到2016年的13.96Tg,从占全球总量的14.96%上升到了24.88%.在这期间,西北和华北地区贡献了我国排放总量的47.50%,而青藏高原地区仅占2.65%.中国各地区的NH_(3)浓度具有“夏峰冬谷”的季节性特征,春、夏、秋和冬4个季节分别占全年总浓度的28.96%、49.84%、13.02%和8.17%,这表明春夏频繁的农业活动对NH_(3)浓度的贡献不可忽视.考虑到中国NH_(3)浓度及排放存在显著的时空差异,制定分时段、分区域的空气污染防治计划对NH_(3)的减排治理将更加切实有效.

面向资料同化的FY-4A卫星GIIRS探测仪偏差特征分析和偏差订正

干涉式大气垂直探测仪(Geostationary Interferometric Infrared Sounder,简称GIIRS)是国际上第一部对地静止卫星平台上的高光谱红外大气垂直探测仪,能为对流尺度区域模式预报提供所需的高时空和高光谱分辨率的大气状态信息。本文利用高分辨率区域模式WRF及其同化系统WRFDA对GIIRS观测的偏差(观测亮温减去模拟亮温,记为O-B)分布特征进行了全景分析,结果表明:长波通道O-B偏差和标准差普遍小于中波通道,且都存在一段受污染的通道。O-B偏差的日变化和偏差与卫星天顶角的关系相对较弱,而所有筛选通道的偏差都与亮温值及卫星的扫描阵列位置有关,偏差的水平分布主要表现出“阵列偏差”的特征。2020年重新定标后,GIIRS观测数据质量比2019年有明显提高。在此基础上进一步进行了偏差订正试验,试验发现选取扫描阵列作为偏差订正的主要因子,都能有效地改进2019年和2020年筛选出的GIIRS通道的偏差,订正后O-B和O-A的系统性误差(偏差)都变小。该研究结果可为全球/区域模式中同化GIIRS长波及中波通道的辐射资料提供参考。

引力、引力波和引力波的探测

简要地回顾了引力和引力波概念的由来,以及人们为探测引力波所作的各种努力.

空间大气环境干涉式监测仪动镜驱动技术

本文介绍了国内外干涉光谱仪的发展近况和迈克尔逊干涉仪的工作原理,研究了动镜的运动情况对干涉仪性能的影响以及国内外干涉光谱仪动镜驱动机构,然后介绍了DSP芯片的特点及控制电机运动的情况,最后对动镜驱动中存在的问题和难点进行了分析。

用零输出的设备探测引力波

理论估计传到地球上的引力波非常弱 ,激光干涉引力波探测器被设计用来探测引力波 ,在没有引力波传来时 ,激光干涉引力波探测器应该是零输出。为达到这样的目的 。

引力波探测与天文学发展

自爱因斯坦发表相对论后,如何探测引力波就成为困扰物理学家的问题,经过一个多世纪的努力,在2015年发现第一例引力波信号,现阐述引力波探测的历程,并预想引力波在天文学上的大发展。