發(fā)布時間：2020-11-15 09:02

　　 氣溶膠是指大氣中懸浮的直徑在0.01μm~100μm范圍內的固體和液體粒子,是大氣三大活躍成分之一。氣溶膠對氣候、環(huán)境和遙感定量化都存在較大的影響,逐漸成為影響人類生存和社會發(fā)展的嚴重問題。實現(xiàn)大氣氣溶膠全球分布探測,對研究氣溶膠反演和預測具有重大意義。無論是在時間尺度還是在空間尺度上,氣溶膠的數(shù)量與種類的變化都非常巨大,造成大氣氣溶膠全球探測和反演十分困難。為實現(xiàn)全球尺度的氣溶膠探測,采用衛(wèi)星遙感作為氣溶膠探測的手段。衛(wèi)星遙感探測氣溶膠需要首先解決三個問題:一是有云區(qū)域的確定;二是地表反射噪聲的剔除;三是大氣分子散射的消除。通過對云、大氣分子、地表和氣溶膠等物質散射特點的分析,確定了能夠有效進行云與氣溶膠探測的六個波段(380 nm、410 nm、670 nm、865 nm、1610 nm和2200 nm)。依照用戶需求,設計一種結構緊湊,視場角為±36°,刈幅寬度為1000 km,地面分辨率優(yōu)于1 km的廣角成像光學系統(tǒng)。該光學系統(tǒng)選擇負正透鏡組分離(負光焦度透鏡組作為前組,正光焦度透鏡組作為后組)的反遠距光學結構,可以同時滿足廣角和長工作距離的要求�？紤]到濾光片的干涉原理,利用像方遠心設計減少各視場主光線在濾光片上的入射角度,避免了像面上不同位置的光譜響應曲線出現(xiàn)較大差異,有利于氣溶膠的高精度反演。采用像差漸暈法,增加離軸視場的漸暈系數(shù),用于提高光學系統(tǒng)的像面照度均勻性。根據光學系統(tǒng)的結構特點,開展了原理樣機性能檢測和定標實驗研究。在裝調過程中,重點解決了多光軸光學系統(tǒng)光軸調校的技術難題,通過實驗驗證,各通道光軸之間的夾角小于15″。此外,提出了一套既可用于線陣探測器焦面安裝,又可用于畸變檢測(幾何定標)的通用型實驗設備,角度監(jiān)測誤差小于5″,采用該檢測方法檢查出原理樣機的畸變小于1.8%。應用傳統(tǒng)方法對鏡頭和整機進行性能評價,鏡頭檢測結果與設計結果吻合,整機測試結果達到指標要求。通過搭建高精度光譜定標裝置,使樣機光譜定標精度達到±0.017 nm,并得到樣機的光譜響應曲線。經分析,各視場的光譜響應曲線的中心波長差異小于0.7nm,驗證了像方遠心光路能夠有效減少不同視場光譜響應差異的設計思想。根據大視場輻亮度定標的困難,采用分割視場法對原理樣機進行輻亮度定標。對輻亮度定標結果進行計算,樣機的像面照度均勻性達到84.5%,證明了像差漸暈法能夠有效提高像面照度均勻性。通過本文的研究,主要取得了以下幾個方面的成果:得到廣角低畸變氣溶膠探測儀設計方案;有效解決了廣角光學系統(tǒng)中消除光譜差異和提高像面照度均勻性兩個問題;提出并驗證了多光軸光學系統(tǒng)裝調和檢測的新方法;研制了一臺各項指標均滿足應用要求的云與氣溶膠成像儀原理樣機。同時,云與氣溶膠探測儀的刈幅寬度和地面分辨率都遠超國際同類儀器,為今后多譜段云與氣溶膠成像儀研制奠定了技術基礎。
【學位單位】：中國科學院研究生院(長春光學精密機械與物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：P407
【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 課題研究背景及意義
        1.2.1 大氣氣溶膠的組成和影響
        1.2.2 大氣氣溶膠反演特點及難點
        1.2.3 國內外發(fā)展情況
        1.2.4 論文研究意義
    1.3 本論文研究內容
第2章 云與氣溶膠探測理論
    2.1 云與氣溶膠反演方法
        2.1.1 云篩選判別方法
        2.1.2 云篩選方法
        2.1.3 氣溶膠反演理論
        2.1.4 云與氣溶膠成像儀探測波段
    2.2 探測器選擇
    2.3 儀器主要技術指標要求
        2.3.1 有效焦距
        2.3.2 視場角
        2.3.3 相對孔徑
    2.4 本章小結
第3章 云與氣溶膠成像儀設計與集成
    3.1 光學結構設計
        3.1.1 光學系統(tǒng)結構選擇及計算
        3.1.2 畸變校正
        3.1.3 照度均勻性計算
        3.1.4 提高照度均勻性方法
    3.2 光學系統(tǒng)優(yōu)化設計
    3.3 公差分析
    3.4 原理樣機集成
        3.4.1 原理樣機光機集成
        3.4.2 多通道光學系統(tǒng)集成方法
        3.4.3 焦面調節(jié)方法
    3.5 本章小結
第4章 云與氣溶膠成像儀性能評價
    4.1 鏡頭光學性能檢測
        4.1.1 波像差檢測
        4.1.2 光學傳遞函數(shù)檢測
        4.1.3 焦距測量
    4.2 原理樣機性能檢測
        4.2.1 整機空間分辨率和整機傳函檢測
        4.2.2 整機畸變檢測及修正
        4.2.3 外場圖像畸變處理
    4.3 樣機線性度檢測
        4.3.1 同一積分時間下線性響應
        4.3.2 同一信號下線性對應關系
    4.4 樣機信噪比檢測
    4.5 本章小結
第5章 云與氣溶膠成像儀定標方法研究
    5.1 云與氣溶膠成像儀光譜定標
        5.1.1 光譜定標裝置
        5.1.2 光譜定標方法及結果
    5.2 云與氣溶膠成像儀輻亮度定標
        5.2.1 定標光源
        5.2.2 積分球光譜輻亮度傳遞
        5.2.3 原理樣機輻亮度定標
        5.2.4 定標不確定度分析
    5.3 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 結論
    6.2 論文主要創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
在學期間學術成果情況
指導教師及作者簡介
致謝

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本文編號：2884584