双多普勒天气雷达风场探测的可靠性研究

从双多普勒天气雷达风场探测原理和多普勒天气雷达数据处理技术出发 ,分析了影响双多普勒天气雷达风场反演可靠性的内在因素。即两部雷达观测同一点的非一致性 (空间和时间上的非一致性 )和空间各测量点观测时间及照射体积的非统一性 ,以及微波在大气中的非直线传播和地球表面的非几何平面引起的坐标、定位等问题都严重影响了双多普勒天气雷达风场反演可靠性。该文提出一些解决办法 ,但在应用双多普勒天气雷达风场反演数据时 ,还必须进行可靠性分析。

风场探测干涉仪中基准光程差的选择原理

为了确定风场成像干涉仪(WindImagingInterferometer,WINDII)中存在的基准光程差的值,首先从风场探测机理出发,分析了影响基准光程差的因素.针对WINDII分别从调制度、相位及相近谱线同相的要求三个方面加以剖析,依次获得了它们与基准光程差之间的定量关系.综合考虑三个条件的要求,最终得出了基准光程差的选择原理.并用此理论对几种不同的风场成像干涉仪的基准光程差值进行了验证.

60km瑞利多普勒激光雷达及其风场探测

临近空间风场的探测,在大气动力学研究和提高数值天气预报的准确性,以及航空航天保障等方面具有重要意义。研制基于瑞利散射双边缘技术的60 km多普勒激光雷达用于临近空间大气风场的测量。激光雷达主要分为垂直指向测量系统和两台斜指向测量系统。工作波长355 nm,探测距离15-60 km。为验证系统的可靠性和积累风场观测数据,于2014年下半年进行了外场实验,并与当地的探空气球数据进行对比,结果显示60 km瑞利多普勒激光雷达风场测量数据与探孔气球数据具有良好的一致性。

用于风场探测的非对称空间外差干涉数据处理方法研究

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。

迈克尔逊风场探测干涉仪视场展宽的实现

迈克尔逊风场探测干涉仪视场展宽的实现在于臂玻璃材料的选择和厚度的确定。依据视场展宽的4个条件,经过分析计算,从中国玻璃库中选出了最佳玻璃对LAF4和ZF2,并计算出了臂厚度值。经过验证,此选择很好地满足了视场展宽条件。将相关参数输入计算机,通过模拟干涉仪的结构并进行光线追迹,得到了视场展宽干涉图。经过数据反演得到了风速值41.48 m/s,与理论值47.62 m/s基本一致。

迈克尔逊风场探测干涉仪探测温度不确定度分析(英文)

根据迈克尔逊风场探测干涉仪探测原理,所探测的温度不确定度是由装置调制度不确定度和发射线的表观调制度不确定度所决定的.通过它们之间的定量关系,求出了对应于一定温度不确定度的调制度不确定度的允许范围,并进行了模拟计算.最后针对影响因素提出了提高温度不确定度的方法,明显提高了温度测试准确度.

双基地多普勒雷达在云内风场探测中的应用研究

与双多普勒雷达联合观测相比 ,双基地多普勒雷达价格低廉 ,易于观测和维持 ,并且可以同时探测到不同方向的径向速度 ,利用它探测的资料可以很好地反演出风场的三维结构。但它的探测范围小 ,由于双基地多普勒雷达采用了低增益的天线系统 ,它易受到雷达波旁瓣和多次散射的影响 ;同时 ,它对频率的稳定要求更高 ,在时间同步等方面还有很多问题需要研究。

镀膜法风场探测中膜面特性对探测精度的影响

提高四分区镀膜法中的膜面精度对光谱信息的提取起到关键性的作用。从四分区镀膜法的基本原理着手,对限制膜面倾角对风速和温度的测量精度进行调整和完善。膜面平整度的各种误差对测量结果有着直接的影响,直接关系到测量结果的精度。现有的风速和温度的测量精度对膜面平整度进行了误差限制,膜面上的点凹陷也对测量结果有明显的影响。通过特定的温度范围得出膜面倾斜角度的限制范围。误差范围的限定为四分区镀膜法风场探测的发展起到了关键性的作用。

中高层大气风场探测多普勒差分干涉技术(特邀)

大气风场是理解地球大气系统动力学、热力学特性的重要参数,是气象预报、空间环境监测、气候学研究等必须的基础数据。基于测风干涉仪的被动光学遥感是中高层大气风场测量的主要技术手段。多普勒差分干涉测风技术是一种新型行星大气风场探测技术,该技术通过对干涉图相位的反演来探测大气气辉辐射谱线的多普勒频移,从而实现大气风场探测。经过近二十年的时间,多普勒差分干涉仪的基础理论、干涉仪设计、系统研制工艺、数据处理与风速反演等方面取得了一系列研究成果。本文回顾了大气风场探测多普勒差分干涉仪技术的国内外研究进展,讨论其技术特点和应用潜力,为未来大气风场被动光学遥感探测技术发展和我国大气风场探测领域任务规划提供参考。

GNSS-R海面风场探测的镜面反射点估计算法

在分析GNSS-R基本几何关系和多种镜面反射点估计算法的基础上,提出一种新的GNSS-R海面风场探测中镜面反射点的估计算法。该方法首先求得GNSS卫星以及接收机在地球表面的投影坐标;然后通过向量和的形式获得镜面反射点的初始迭代位置;最后利用二分的思想,求得镜面反射点的位置坐标,并通过导航模拟器模拟出GNSS卫星和接收机位置数据,利用Matlab对该算法的正确性进行验证。仿真结果表明,提出的镜面反射点求解算法不仅可以正确估算出GNSS-R镜面反射点的位置信息,且模型简单、迭代次数少。

激光测风雷达风场探测性能评估

激光测风雷达作为一种新型测风设备,在风场精准探测领域具有重要应用前景。为实现激光测风雷达风场探测性能的评估,将相干脉冲激光测风雷达的测风数据与探空气球风场数据进行时空同步处理后开展比对分析。以探空气球风场数据为真值,通过区分不同天气条件、不同高度区间、不同风速区间对数据进行分类,计算两种风场数据的相关系数与平均偏差,分析激光测风雷达的风场探测性能。结果表明,激光测风雷达的风场探测性能整体较好,晴空条件下风速偏差约为1 m/s,风向偏差约为20°;不良天气条件会对激光测风雷达的探测性能造成较大影响,雨天时的影响最大。

基于移动无人飞行器的实时风场探测仪

大气环境下的风场复杂多变且难以预测,且传统的风速风向仪无法应用到移动无人飞行器上,故为获得飞行环境下的实时风场信息,设计了一种基于飞行器坐标系变换算法的风场探测仪。该探测仪由风速风向仪、陀螺仪、GPS定位系统和嵌入式控制单元组成,控制单元将相对风速风向信息、飞行姿态角和机体飞行速度进行转换计算,得到风场的绝对水平速度分量和方向。地面站与飞行器上的数传设备通讯来实时显示和存储。通过实际风场实验,该风场探测仪可以快速精确测量实时风场信息,具有较高的实用价值。

四强度干涉法高层风场探测技术进展

大气风场的速度和温度是中高层大气的重要参量,其测量对于研究大气活动规律以及太阳活动过程中电离层对大气层耦合情况都具有重要的意义.文中论述了四强度法的探测机理.对于四强度干涉法大气风场探测的最新研究中的四种典型系统进行技术特征比较和归类.根据国际上测风技术的研究进展,总结了风场探测理论与技术将向着静态、实时探测的趋势发展,以及探测范围更广,探测精读更高是将来的发展方向.

应用于风场探测的多普勒非对称空间外差光谱技术

本文首先阐述了多普勒非对称空间外差光谱技术的基本原理,接着列举了基于空间外差技术的三种典型的风场探测仪器,总结了该技术的主要特点和优势所在。最后明确了该技术的几点考虑,为进一步深入研究奠定基础。

航天科工为海洋风场探测提供“精准刻度尺”

近期，中国航天科工二院203所研制成功国内首套星载全极化微波辐射计真空定标装置。该装置具有全自动、高精度的特点，在定标精度、技术指标等方面已达到了国际先进水平。

星载高层大气风场原位探测技术与测试分析

采用平板型碳纳米管冷阴极作为电子发射体,基于电子发射材料的性能与几何特征,设计了以直流电子枪为结构基础的均匀场离子源,在栅极和阳极间设计聚焦极,阳极与电离区之间增加双层屏蔽栅网形成电场,对离子和电子产生区进行有效分离,确保出射电子束的能量单一且方向一致,并结合具有较高速度分辨率的阻滞势速度分析器,研制了可获取高精度中性风速的星载高层大气风场原位探测仪(SSTNWI)。仿真计算和对实物的测试分析表明,风速测量误差在平均风速100 m/s时仅为10%左右,高于“通信/导航中断预报系统”卫星(C/NOFS)的轨道风传感器,中性风速测不准引起的轨道预报误差可下降到优于1.0%,未来有望应用于火星等行星和地球卫星的大气探测任务。

基于偏振阵列的偏振迈克耳孙风场探测干涉仪系统的理论研究

基于偏振阵列的偏振迈克耳孙风场探测干涉仪是一种新型的探测大气温度和风场速度的干涉仪。基于偏振干涉的原理,四个偏振方向分别相差45°的偏振片组成的偏振阵列紧贴于探测器前,由四面角锥棱镜出射的四束线偏振光分别经四个不同偏振方向的偏振片后,四个不同强度干涉图同时成像于探测器上,经过数据提取获得四个干涉强度值,进一步反演出大气温度和风场速度值。对以上干涉成像过程进行了模拟仿真,得到干涉图,经风速反演得到了与实际值一致的结果。具有结构简单稳定,测试精度高,利于快速变化的目标测试的优点。

基于洛伦兹线型极光的上层大气风场探测模式研究

从洛伦兹线型极光的干涉强度、调制度与光程差的理论公式出发,用λ/4的步进光程差即“四强度法”获得一个波长范围内的4个干涉强度值,以实现基于洛伦兹线型极光的上层大气的风速、温度、压强等物理量的探测。提出用改形萨尼亚克成像干涉仪替代迈克耳孙干涉仪实现上层大气风场,给出了基准光程差的公式,并用四面角锥棱镜镀膜技术获得4个干涉强度值来同时探测上层大气风场的模式。最后在实验室将Kr灯557.0nm调整光束到一定宽度,对称地从顶角为60°的两面镀膜角锥棱镜的顶点入射,用768pixel×576pixel的CCD照相机接收到两个光斑的成像,这两个光斑的再复制就得到镀膜四面角锥棱镜在一个周期内的4个干涉强度光斑,从而获得上层大气风场。

高层大气风场探测改型大光程差Sagnac干涉仪全视场角光程差与横向剪切量的精确计算

提出了一种用于高层大气风场探测的改型大光程差Sagnac干涉仪,论述了其基本原理和分光机理;分析了空间光线在改型大光程差Sagnac干涉仪中的传播路径;利用空间几何方法,通过分析空间直线与其投影之间的关系,给出了入射光线绕入射界面法线旋转360°范围内,从任意方向以任意角度入射时,改型大光程差Sagnac干涉仪的光程差及横向剪切量的精确表达式,较目前文献所报道的只给出入射面与纸平面平行时光程差与横向剪切量的计算具有更加普遍的指导意义.为改型大光程差Sagnac干涉仪的设计、研制提供了重要的理论依据和实践指导,为实现静态、无动镜高层大气风场探测奠定了理论与工程基础.

大气风场探测多普勒差分干涉仪相位稳定性影响因素分离测试方法

多普勒差分干涉仪基于一种新型中高层大气风场探测系统,通过计算干涉图相位变化量反演观测目标源光谱的多普勒频移,实现大气风场测量。基准相位作为确定风场多普勒频移量的必要参数,其稳定性是保证风速测量精度的核心指标之一。针对非对称量相位漂移、相位斜率漂移和干涉图相位漂移这三项影响干涉仪基准相位的因素开展研究,基于多普勒差分干涉原理对其相位热漂移开展了理论分析,提出了各项因素相位漂移量的分离测试方法,并基于近红外多普勒差分干涉仪开展了实验测试。环境温度波动为0.27℃时,相位斜率变化量为670 mrad/m,干涉图相位漂移波动范围为8.9 mrad;修正干涉图相位漂移后,非对称量相位漂移约为4.7 mrad,均方根为0.98 mrad,等效风速测量误差为0.81 m/s。通过温度拉偏实验,得到非对称量相位漂移随温度的变化率为-493 mrad/℃的结论。