基于Fabry-Perot干涉仪反演大气风速和温度的算法研究

发布时间：2022-01-08 06:35

　　大气层与人类的生存环境息息相关，风速和温度作为中高层大气的基本参数，它们在大气上下层之间的能量和动量传输中起着重要作用。法布里-珀罗干涉仪（FPI）是中高层大气研究的重要工具，已得到广泛应用，它通过探测夜气辉谱线的多普勒频移和展宽信息来反演大气风速和温度。算法研究是FPI反演大气风速和温度的理论基础，影响仪器的实施和精度提高。论文选择基于FPI反演大气风速和温度的算法为研究课题，分析已有经典算法的特点，提出一种矩阵简化算法，希望能够对FPI的应用和指标提高起到借鉴作用。论文研究如下：首先,论文阐述FPI及风场和温度场探测的研究背景和发展现状，分析基于FPI反演大气风速和温度算法的未来趋势和该领域的关键性问题；随后描述基于FPI反演大气风速和温度的基本原理，介绍探测源和FPI系统的传递函数，研究理想情况下FPI对入射谱线的系统响应表达式。然后，论文阐述影响FPI反演精度的缺陷展宽函数。从实际应用角度出发，介绍FPI反演大气风速和温度的经典算法，对这些算法的理论模型、反演原理、反演参数进行对比，总结出算法的优缺点；最后，在传统FPI反演大气风速和温度的经典理论的基础上，提出一种矩阵简化算法... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)陕西省

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【图文】：

HRDI光学结构示意图

3图 1.2 TIDI 光学结构示意图2001 年 12 月，美国在 DE-FPI 和 URAS-HRD 的的基础上，进一步研在 TIMED 卫星上的新一代的高分辨率干涉光谱成像仪(TIDI) [10-12]，法布里-珀罗干涉仪，它的光学结构图如图 1.1 所示，它能够实现风场的以及风速、温度和大气部分成分的同时测量。该仪器有两个创新点：第前端望远镜系统、准直镜以及定标激光器用光纤连接，这样做的优势是

基于 Fabry-Perot 干涉仪反演大气风速和温度的算法研究气以上为高层大气。中高层大气比较稀薄却占非常巨大的体积，在这个区域内存在复杂的光学耦合过程，这与人类航天、军事和生活环境密切相关。(1) 中层顶区是空间飞行器发射和回收的重要区域，其状态对载人飞行器的回落点精度、主动加热和宇航员的过载等都有重大影响。(2) 热层大气是空间站以及近地卫星的主要工作场所，它的特性对飞行器的安全以及轨道寿命长短都有十分重要作用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于法布里-珀罗干涉仪反演大气风速和温度的简化算法[J]. 王宏,刘学斌,冯玉涛,白清兰.  光学学报. 2013(11)
[2]不需要校准激光的法-帕仪中高层大气温度反演方法和观测数据初步分析[J]. 赵江南,艾勇,王敬芳.  物理学报. 2012(12)
[3]基于法布里-珀罗干涉仪的大气风场及温度场探测理论研究及仿真[J]. 汪丽,周毅,华灯鑫,王萌.  光学学报. 2011(10)
[4]高层大气被动探测技术[J]. 张淳民,朱化春,王鼎益,赵葆常,代海山,张霖.  光学学报. 2011(09)
[5]我国光学干涉仪对中高层大气风场的首次观测[J]. 袁韡,徐寄遥,马瑞平,吴谦,姜国英,高红,刘晓,陈孙征.  科学通报. 2010(35)
[6]中高层大气风场星载FPI干涉条纹的处理[J]. 韩威华,王咏梅,吕建工,杜述松.  科学技术与工程. 2010(10)
[7]一种新的Fabry-Perot干涉条纹处理方法[J]. 鄂非,高秋艳,艾勇.  光学技术. 2009(04)
[8]模拟大气风场及其数据处理技术的研究[J]. 李浩,张燕革.  应用光学. 2009(02)
[9]中高层大气风场和温度场星载探测技术研究进展[J]. 王咏梅,付利平,杜述松,王英鉴.  空间科学学报. 2009(01)
[10]法布里-珀罗气辉干涉成像仪的大气温度测量原理[J]. 李浩,张燕革.  应用光学. 2008(06)

博士论文
[1]干涉法大气风场探测技术研究[D]. 汪丽.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007

硕士论文
[1]Fabry-Perot测风干涉仪数据处理[D]. 韩威华.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2010
[2]数学形态学在二值图象处理与分析中的研究及应用[D]. 刘立波.西北大学 2002



本文编号：3576068