天底与全方位临边大气成像探测仪研究

发布时间：2022-10-20 13:22

　　空间大气成分的信息有助于人类对全球的气候进行研究,进而更好的帮助人类的生产和生活。天基遥感的大气探测方法是一种效率较高的大气探测手段。研究高效率的天基遥感大气探测方法,在气候预测与预警、以及污染的防护和治理等领域有着重要的作用。根据实际需求,本文深入研究了一种天基大气遥感成像探测的方式,提出一种双光路共用光学元件和探测器的多光谱和高光谱大气探测方式。在分析原理和可行性的基础上,搭建了双光路多光谱成像系统的样机,检验了该大气遥感探测方式的可行性。目前国内的大气遥感载荷只具有单一的探测模式,探测范围也较小,从而给后期的解译造成困难。为提高临边覆盖范围,本文将全景成像原理用在大气临边探测上,使用全景环形透镜接收全方位的临边辐射,光束在全景环形透镜内部折返两次,实现临边360°视场的探测。通过交叉检验的方法,可以提高临边反演的精度。临边探测能够反演大气的廓线,而不能反演总量。为获得大气的总量信息,在全景环形透镜前放置前置透镜组,天底视场的光束从前置透镜进入光学系统。对于天底视场,全景环形透镜相当于一个厚透镜。天底和临边两个光路聚焦于同一像面,聚焦形状分别为一个圆斑和包围亮斑的圆环。该光学系统的... 

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 空间大气探测的背景
        1.1.1 大气层的组成和变化
        1.1.2 大气探测的意义
    1.2 空间大气的探测方法及研究现状
        1.2.1 大气探测方法及发展趋势
        1.2.2 国内外天基大气探测载荷
    1.3 课题的研究意义与研究内容
        1.3.1 课题的研究意义
        1.3.2 课题的研究内容
第2章 天底与全方位临边大气探测的原理及方法
    2.1 引言
    2.2 天底与全方位临边空间大气探测的原理
        2.2.1 大气辐射传输方程
        2.2.2 临边辐射解译原理
        2.2.3 天底辐射解译原理
        2.2.4 全方位临边光束成像原理
        2.2.5 天底光束成像原理
    2.3 双视场全方位大气探测方法
        2.3.1 双模式全方位探测空间的需求
        2.3.2 天底与全方位临边视场同时探测方法
    2.4 本章小结
第3章 基于滤光片分光的天底与全方位临边多光谱光学系统设计
    3.1 引言
    3.2 大气探测的基本指标分析
        3.2.1 视场角、焦距和探测谱段
        3.2.2 相对孔径与信噪比估算
    3.3 双视场探测的光学系统结构
    3.4 光学系统设计
        3.4.1 临边大视场的照度提升方法
        3.4.2 物像关系法则
        3.4.3 全景环形透镜(PAL)
        3.4.4 全方位临边探测光学系统
        3.4.5 天底探测光学系统
        3.4.6 天底与全方位临边同时探测的光学系统
    3.5 光学系统的像质分析
        3.5.1 焦面成像区域分析
        3.5.2 调制度
        3.5.3 光束聚焦效果
        3.5.4 场曲和畸变
        3.5.5 相对照度
    3.6 本章小结
第4章 基于AOTF的天底与全方位临边高光谱光学系统设计
    4.1 引言
    4.2 天底与全方位临边高光谱成像探测原理
        4.2.1 AOTF的光谱探测原理
        4.2.2 AOTF型高光谱系统的分光方式
    4.3 AOTF高光谱成像探测系统的光学设计
        4.3.1 前置物镜
        4.3.2 AOTF对色差的影响
        4.3.3 AOTF成像光谱仪的中继物镜
        4.3.4 AOTF成像光谱仪整体的拼接与优化
    4.4 AOTF高光谱成像探测模型的像质分析
    4.5 本章小结
第5章 天底与全方位临边多光谱大气成像探测仪样机的研制
    5.1 引言
    5.2 探测系统的敏感度分析
        5.2.1 双视场的焦面敏感度分析
        5.2.2 热差分析
        5.2.3 环境对探测的影响
        5.2.4 公差分析
    5.3 机械结构设计
    5.4 光学元件检测与光机系统装调
    5.5 本章小结
第6章 多光谱天底与全方位临边遥感样机的标定与分析
    6.1 引言
    6.2 遥感样机的辐射定标
        6.2.1 辐照度传递
        6.2.2 双视场的辐亮度定标
        6.2.3 定标的不确定度
    6.3 大气遥感样机的性能测试
        6.3.1 照度测试
        6.3.2 样机焦距测量
        6.3.3 静态传函测试
        6.3.4 遥感样机的外场测试
    6.4 样机拍摄的图像样例
    6.5 本章小结
第7章 总结和展望
    7.1 论文工作总结与主要创新点
    7.2 论文主要创新点
    7.3 未来工作展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
指导教师及作者简介
    指导教师简介
    作者简介
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]碳卫星CO2探测仪发射前的漫反射板定标[J]. 王龙,蔺超,纪振华,郑玉权,毕研盟.  光学精密工程. 2018(08)
[2]天宫二号紫外前向光谱仪大气临边高度计算[J]. 刘志文,李盛阳.  光学精密工程. 2018(06)
[3]某“三甲医院”病区药房药品调剂差错原因分析及其对策[J]. 石建,徐文杰,李忠.  抗感染药学. 2017(06)
[4]碳卫星高光谱CO2探测仪发射前光谱定标[J]. 蔺超,李诚良,王龙,毕研盟,郑玉权.  光学精密工程. 2017(08)
[5]基于探测器标准的高精度光谱辐射标准光源[J]. 李志刚.  中国光学. 2015(06)
[6]空间大气遥感高光谱成像仪光学系统设计[J]. 薛庆生.  光学学报. 2014(08)
[7]中国二氧化碳科学实验卫星高光谱探测仪光谱指标影响分析及优化方案[J]. 刘毅,蔡兆男,杨东旭,段民征,吕达仁.  科学通报. 2013(27)
[8]用于大气临边探测的紫外全景成像仪光学设计[J]. 薛庆生,王淑荣.  光学学报. 2013(04)
[9]单光学系统全景环带立体成像技术[J]. 白剑,黄治,侯西云.  红外与激光工程. 2012(12)
[10]大视场TDI CCD相机静态传递函数实时检测与记录系统[J]. 刘妍妍,李国宁,张宇,陶宏江,金龙旭.  红外与激光工程. 2012(09)

博士论文
[1]典型天气大气辐射传输特性研究[D]. 顾吉林.大连海事大学 2012
[2]地球临边环形成像仪性能评价及辐射定标研究[D]. 杨小虎.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012

硕士论文
[1]微振动对空间相机成像影响分析[D]. 王博.华中科技大学 2015
[2]红外连续变焦系统机械结构研究[D]. 杜广虎.长春理工大学 2013
[3]遥感定量反演的大气校正方法分析研究[D]. 王岩.东北林业大学 2008



本文编号：3694595