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多普勒非对称空间外差干涉仪调制度分析 被引量:1
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作者 施海亮 李志伟 +1 位作者 罗海燕 熊伟 《航天返回与遥感》 CSCD 2018年第5期57-65,共9页
多普勒非对称空间外差光谱仪是近年得以迅速发展的新型中高层大气风场探测仪器,具有视场展宽、大光通量、高光谱分辨和多谱线同时探测等特点。该仪器的干涉调制度是影响风场反演精度的关键指标。文章基于非对称空间外差光谱技术基本原理... 多普勒非对称空间外差光谱仪是近年得以迅速发展的新型中高层大气风场探测仪器,具有视场展宽、大光通量、高光谱分辨和多谱线同时探测等特点。该仪器的干涉调制度是影响风场反演精度的关键指标。文章基于非对称空间外差光谱技术基本原理,推导了干涉仪视场展宽前后的干涉理论积分公式,分析了干涉调制度与仪器视场角、最优光程差的关系,通过对干涉方程中像元采样积分推导得到干涉调制度与采样间隔的理论形式,仿真了干涉调制度与仪器视场角、最优光程差和采样间隔的定量关系曲线,并通过实验室搭建试验装置对分析结果进行验证。研究结果表明:随着非对称空间外差干涉仪视场角和光程差偏置量的增加,干涉调制度降低;调制度沿着波数增大的方向上升,在同一波数处,随着采样间隔的增加,干涉调制度降低。理论分析和试验测量结果调制度最大偏差0.02,分析与实测结果一致性较好。 展开更多
关键词 多普勒外差干涉仪 调制度 视场角 最优光程差 相位频移 空间大气探测
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测风非对称空间外差干涉仪绝对相位漂移分析及校正 被引量:6
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作者 沈静 熊伟 +5 位作者 施海亮 罗海燕 李志伟 胡广骁 方雪静 徐标 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期354-362,共9页
多普勒非对称空间外差干涉仪可用来探测氧气大气带气辉谱线的多普勒频移,进而反演中高层大气的风速。由风速变化引起的干涉条纹相位频移十分微小,而由系统误差导致的绝对相位漂移会严重影响风速反演精度。双臂式干涉仪与单臂式不同,除... 多普勒非对称空间外差干涉仪可用来探测氧气大气带气辉谱线的多普勒频移,进而反演中高层大气的风速。由风速变化引起的干涉条纹相位频移十分微小,而由系统误差导致的绝对相位漂移会严重影响风速反演精度。双臂式干涉仪与单臂式不同,除受扩视场棱镜和光栅影响之外,用于产生光程差的空气隔片的热膨胀也会影响干涉图的绝对相位。通过实测和仿真计算不同温度下的绝对相位漂移,分析了绝对相位漂移的原因。在此基础上,提出了一种绝对相位漂移校正方法,通过求零风速和某一给定风速下两条线性相位拟合曲线之间的距离,校正温度引起的绝对相位漂移,从而准确反演风速。结果表明,仿真分析与实测的绝对相位漂移具有较好的一致性。校正绝对相位漂移后反演的风速误差为3.5m/s,与校正前相比风速反演误差得到了极大的改善。 展开更多
关键词 光谱学 非对称空间外差干涉仪 风场探测 干涉 绝对相位漂移 校正
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用于风场探测的非对称空间外差干涉数据处理方法研究 被引量:5
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作者 沈静 熊伟 +3 位作者 施海亮 李志伟 胡广骁 乔延利 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期3014-3019,共6页
利用非对称空间外差光谱技术和多普勒效应,通过测量中高层大气气辉谱线的干涉图,采用傅里叶变换的方法求解相位,获得大气的风速信息。分析了干涉数据的处理方法,并针对干涉相位的求解进行推导。相比于传统观空间外差数据处理,不仅要考... 利用非对称空间外差光谱技术和多普勒效应,通过测量中高层大气气辉谱线的干涉图,采用傅里叶变换的方法求解相位,获得大气的风速信息。分析了干涉数据的处理方法,并针对干涉相位的求解进行推导。相比于传统观空间外差数据处理,不仅要考虑噪声和系统误差,而且要考虑用于光谱隔离的窗函数引入的相位误差。通过软件模拟了窗函数的类型和窗长度对干涉数据和风速误差曲线的影响;在此基础上选择合适的窗函数模拟了对干涉图添加噪声和平场因子情况下的风速反演误差。结果说明,虽然窗函数造成了干涉图和相位的畸变,但是使用汉宁窗在合适的光程差处能够使其引入的误差低于5%;同时,噪声的仿真说明,风速误差随着系统噪声的增加而增大,在实验过程中控制噪声以及实验数据预处理对于控制风速精度的必要性。数据处理方法的研究和相关的仿真,对于提高空间外差风速测量精度及系统设计提供了理论参考,具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 风场探测 非对称空间外差光谱仪 干涉 傅里叶变换 窗函数 噪声
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共光路空间外差干涉仪理论与性能分析 被引量:3
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作者 沈为民 陈林森 +1 位作者 顾华俭 贺安之 《激光杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第1期21-25,共5页
介绍一种利用一块光栅兼作分束器和色散器的Sagnac 型空间外差干涉仪的基本结构和原理,利用光波传播角谱理论详细分析给出此干涉仪形成的干涉图样和条纹定域位置。作为无动镜傅里叶光谱仪的干涉分光系统,阐明分光原理,给出理... 介绍一种利用一块光栅兼作分束器和色散器的Sagnac 型空间外差干涉仪的基本结构和原理,利用光波传播角谱理论详细分析给出此干涉仪形成的干涉图样和条纹定域位置。作为无动镜傅里叶光谱仪的干涉分光系统,阐明分光原理,给出理论仪器函数、光谱分辨极限和分辨本领、工作光谱范围、及光通量和视场等性能。指出它兼有传统傅里叶变换光谱仪和光学多通道分析仪(OMA)的优点。 展开更多
关键词 空间外差干涉仪 傅里叶变换 光栅 光谱仪
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基于多普勒非对称空间外差光谱测速的复合光程差相移解算方法 被引量:3
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作者 彭翔 刘恩海 +1 位作者 田书林 方亮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第24期105-112,共8页
非对称空间外差光谱技术是一种新型的超高分辨率遥感探测技术,基于其光通量大、体积小、精度高的特点,适用于深空环境下的高精度探测工作.也正因其高灵敏度的特性,使得实验中的各种细节因素都可能对测量结果造成干扰.本文从实验条件的角... 非对称空间外差光谱技术是一种新型的超高分辨率遥感探测技术,基于其光通量大、体积小、精度高的特点,适用于深空环境下的高精度探测工作.也正因其高灵敏度的特性,使得实验中的各种细节因素都可能对测量结果造成干扰.本文从实验条件的角度,重点考虑条纹中心位置偏移、光照不均匀、高斯噪声等因素的影响,提出了复合光程差相移解算方法.经仿真计算和数据分析得出,相位标称点相对中心位置的偏移量会显著影响光谱测速的系统误差,而复合光程差相移解算方法能够在一定程度上平滑环境噪声和随机干扰造成的光谱测速精度误差.对于1%程度的高斯噪声干涉条纹图像,采用复合光程差相移解算方法能够将测速误差控制在5‰以内,使得非对称空间外差光谱技术能够更好地适用于空间光电精密测量的相关应用中. 展开更多
关键词 多普勒非对称空间外差光谱测速 深空探测 复合光程差相移解算 标称点偏离
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基于多普勒非对称空间外差光谱技术的多普勒测速仿真 被引量:8
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作者 况银丽 方亮 +3 位作者 彭翔 程欣 张辉 刘恩海 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第14期105-112,共8页
阐述了多普勒非对称空间外差光谱仪用于被动式多普勒测速的基本原理,通过综合考虑干涉条纹对比度和仪器测速灵敏度等关键因素,建立了效率函数,分别针对高斯线型和洛伦兹线型发射谱线,从理论上推导了最优单臂偏置量的选择依据,并以高斯... 阐述了多普勒非对称空间外差光谱仪用于被动式多普勒测速的基本原理,通过综合考虑干涉条纹对比度和仪器测速灵敏度等关键因素,建立了效率函数,分别针对高斯线型和洛伦兹线型发射谱线,从理论上推导了最优单臂偏置量的选择依据,并以高斯线型目标谱线为例进行了仿真验证.同时,提出了一种基于部分干涉条纹反演多普勒速度的数据处理方法,简化了多谱线目标源的数据处理过程.结合自适应频率跟踪算法对单谱线目标源和多谱线目标源进行了仿真比较,仿真结果表明,在不考虑噪声的情况下,该方法针对多谱线目标源的多普勒测速最大绝对误差在0.004 m/s以内,与针对单谱线目标源的处理精度相当,可以满足实际应用的精度要求. 展开更多
关键词 多普勒非对称空间外差光谱 多普勒测速 频率跟踪算法 最优单臂偏置
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多普勒非对称空间外差仪探测高层大气风速的三种方法比较研究 被引量:1
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作者 李文文 惠宁菊 +5 位作者 李存霞 刘洋河 方妍 李凌青 王彦龙 唐远河 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第24期123-132,共10页
采用多普勒非对称空间外差仪(Doppler asymmetric spatial heterodyne,DASH)被动遥感探测高层大气风速,目前有傅里叶级数法和流行的傅里叶变换两种测风方法.本文提出“四强度法”测风.比较研究了傅里叶级数法、傅里叶变换法和“四强度... 采用多普勒非对称空间外差仪(Doppler asymmetric spatial heterodyne,DASH)被动遥感探测高层大气风速,目前有傅里叶级数法和流行的傅里叶变换两种测风方法.本文提出“四强度法”测风.比较研究了傅里叶级数法、傅里叶变换法和“四强度法”测风的原理、正演、噪声和反演等内容,3种测风方法均从DASH斐索干涉条纹的相位差变换而来.假设风速为0—100 m/s,利用傅里叶级数法、傅里叶变换法和“四强度法”得到正演的斐索干涉图后,再对应得到正演风速的误差分别为2.93%,4.67%和3.00%.人为添加均值为0、标准差为0.1的高斯噪声后,假设风速是0—100 m/s,用傅里叶级数、傅里叶变换和“四强度法”分别对平场后的数据正演,得到相对误差对应分别为2.30%,11.66%,2.27%.人为添加高斯噪声后,假设风速为31—39 m/s和30.1—30.9 m/s,用傅里叶级数法和“四强度法”得到正演风速值,两种情况的傅里叶级数法的测风误差是3.55%和4.15%,均高于“四强度法”的测风误差2.20%和2.69%.利用GBAII-DASH野外拍摄西安上空98 km的O(1S)557.7 nm气辉,得到天顶角为0°和45°的成像干涉图,再用傅里叶级数、傅里叶变换和“四强度法”得到反演风速分别为32.21 m/s,43.55 m/s和32.17 m/s.从DASH的正演、反演结果看,本文提出的“四强度法”探测高层大气风速的结果较好,计算简便,测风精度相对较高. 展开更多
关键词 非对称空间外差光谱仪 “四强度法” 傅里叶变换 测风
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非对称空间外差光谱仪自适应频率跟踪处理方法 被引量:1
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作者 彭翔 张嵬 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期157-164,共8页
非对称空间外差光谱技术是一种新型的超高分辨率遥感探测技术,要求后期的数据处理技术也具有相应的超高准确度.从数字信号处理的角度,提出了一种自适应的频率跟踪处理方法,根据信号的空间频率来插值补偿信号的相位偏移,并且递归迭代出... 非对称空间外差光谱技术是一种新型的超高分辨率遥感探测技术,要求后期的数据处理技术也具有相应的超高准确度.从数字信号处理的角度,提出了一种自适应的频率跟踪处理方法,根据信号的空间频率来插值补偿信号的相位偏移,并且递归迭代出最接近真实值的相位信息.经仿真实验对比验证表明,在噪声干扰强度不大的条件下,相较于传统傅里叶变换方法,本文算法对信号频率和相位提取的准确度提高了约100倍以上,能够有效降低非对称空间外差光谱技术的系统误差. 展开更多
关键词 非对称空间外差光谱仪 数字信号处理 频率跟踪算法 迭代补偿 相位准确度
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中阶梯光栅-平面镜型空间外差拉曼光谱仪对无机化合物的探测 被引量:3
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作者 邱俊 陈晋 +9 位作者 彭荣超 李泽臻 董理 许嘉悦 严燕丽 林林 张怀岑 吉日嘎兰图 李晓天 齐向东 《光散射学报》 2022年第1期36-39,共4页
为了实现高分辨率、宽波段的空间外差拉曼光谱探测,使用中阶梯光栅的四个衍射级次,每个级次的对应一定范围光谱,总的光谱探测范围得到了扩增,最终根据设计,搭建了一台中阶梯光栅-平面镜的空间外差拉曼光谱(Echelle-Mirror Spatial Heter... 为了实现高分辨率、宽波段的空间外差拉曼光谱探测,使用中阶梯光栅的四个衍射级次,每个级次的对应一定范围光谱,总的光谱探测范围得到了扩增,最终根据设计,搭建了一台中阶梯光栅-平面镜的空间外差拉曼光谱(Echelle-Mirror Spatial Heterodyne Raman Spectroscopy,EMSHRS)实验平台。通过标准光源进行光谱定标得到该仪器的理论光谱分辨率为1.033 cm^(-1),单个衍射级次对应的波段宽度为1058 cm^(-1),最后对三种无机物进行了光谱探测和分析,实验结果表明中阶梯光栅-平面镜型空间外差拉曼光谱技术可实现对无机物的快速、高分辨和宽波段检测,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 空间外差拉曼光谱 中阶梯 干涉仪
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基于空间外差光谱干涉的中高层大气风场探测技术
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作者 朱亚军 朱光逸 +3 位作者 王天才 袁伟 刘伟军 徐寄遥 《科技纵览》 2024年第7期64-67,共4页
中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室/空间天气学国家重点实验室的中高层大气研究团队自2016年开始对非对称空间外差干涉测风技术进行研究,于2022年研制出首台基于非对称空间外差干涉技术的双通道光学干涉仪原型样... 中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室/空间天气学国家重点实验室的中高层大气研究团队自2016年开始对非对称空间外差干涉测风技术进行研究,于2022年研制出首台基于非对称空间外差干涉技术的双通道光学干涉仪原型样机,并于2024年完成了在全国11个重要观测站点建设双通道光学干涉仪的工作,在世界上首次建设完成了大规模中高层大气被动光学遥感测风的地基探测网,通过联合双通道全天空成像仪等设备成功完成了子午工程二期中高层大气观测网的建设任务。 展开更多
关键词 空间外差 光学干涉仪 国家重点实验室 外差干涉 中国科学院 空间科学 空间天气 太阳活动
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Opto-mechanical-thermal integration analysis of Doppler asymmetric spatial heterodyne interferometer
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作者 WANG Jin-jiang JIANG Lun +3 位作者 TONG Shou-feng PEI Hui-yi CUI Yong GUO Ming-hang 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1489-1511,共23页
In order to improve the detection accuracy of Doppler asymmetric spatial heterodyne(DASH)interferometer in harsh temperatures,an opto-mechanical-thermal integration analysis is carried out.Firstly,the correlation betw... In order to improve the detection accuracy of Doppler asymmetric spatial heterodyne(DASH)interferometer in harsh temperatures,an opto-mechanical-thermal integration analysis is carried out.Firstly,the correlation between the interference phase and temperature is established according to the working principle and the phase algorithm of the interferometer.Secondly,the optical mechanical thermal analysis model and thermal deformation data acquisition model are designed.The deformation data of the interference module and the imaging optical system at different temperatures are given by temperature load simulation analysis,and the phase error caused by thermal deformation is obtained by fitting.Finally,based on the wind speed error caused by thermal deformation of each component,a reasonable temperature control scheme is proposed.The results show that the interference module occupies the main cause,the temperature must be controlled within(20±0.05)℃,and the temperature control should be carried out for the temperature sensitive parts,and the wind speed error caused by the part is 3.8 m/s.The thermal drift between the magnification of the imaging optical system and the thermal drift of the relative position between the imaging optical system and the detector should occupy the secondary cause,which should be controlled within(20±2)℃,and the wind speed error caused by the part is 3.05 m/s.In summary,the wind measurement error caused by interference module,imaging optical system,and the relative position between the imaging optical system and the detector can be controlled within 6.85 m/s.The analysis and temperature control schemes presented in this paper can provide theoretical basis for DASH interferometer engineering applications. 展开更多
关键词 Doppler asymmetric spatial heterodyne interferometer interference module imaging optical system opto-mechanical thermal integration analysis phase error temperature control
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星载超光谱大气主要温室气体监测仪载荷 被引量:9
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作者 熊伟 《航天返回与遥感》 CSCD 2018年第3期14-24,共11页
"高分五号"卫星是中国高分重大专项中第一颗高光谱分辨率卫星,共搭载有六台有效载荷,其中大气主要温室气体监测仪是实现CO_2、CH_4等温室气体探测的超光谱专用载荷。该载荷采用新型空间外差光谱技术原理,具有无运动部件分光... "高分五号"卫星是中国高分重大专项中第一颗高光谱分辨率卫星,共搭载有六台有效载荷,其中大气主要温室气体监测仪是实现CO_2、CH_4等温室气体探测的超光谱专用载荷。该载荷采用新型空间外差光谱技术原理,具有无运动部件分光、超光谱、光通量大等技术特色,是国际上首次实现基于该技术体制研制的温室气体载荷,且完全依托中国现有基础进行自主研制。文章主要介绍了大气主要温室气体监测仪探测原理及方案、在轨工作模式设计,研制过程中突破的一体化干涉仪胶合、星上定标、海洋耀斑观测等多项关键技术。阐述了载荷地面定标及性能验证等工作,对定标及测试数据进行了分析,结果表明该载荷性能已到达了国际同类载荷的先进水平。文章最后还对温室气体后续探测载荷发展提出了一些具体建议。 展开更多
关键词 温室气体 空间外差光谱技术 超光谱 外差干涉仪 “高分五号”卫星
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