星载成像干涉仪探测高层大气风场的正演研究

摘要

使用星载成像干涉仪探测高层大气风场，有助于人类研究全球大气模式和长期天气变化。基于LCoS的改型Sagnac成像干涉仪(MSASII-LCoS)采用视场展宽、光程差步进和面阵CCD成像技术，具有无动镜、大视场、热补偿、消色差的优势，满足探测高层大气风场的要求。星载仪器发射之前，需要进行仪器正演研究，来研究仪器的可行性及确定最佳仪器参数。本文研究基于LCoS的改型Sagnac成像干涉仪遥感探测高层大气的仪器正演模型。发展了基于MATLAB语言的程序包，来模拟仪器的成像。正演模型包括氧原子O(1S)557.7nm气辉谱线的辐射模型、滤波函数、基于LCoS的改型Sagnac成像干涉仪模型、卫星轨道模型、成像CCD模型。综合考虑各个子模型后，得到改型Sagnac成像干涉仪探测高层大气风场的正演方程，由软件包模拟得到了四步进法探测高层大气风场的正演图像。模拟取样结果表明：在70～190km高度区域内，采用白天氧原子绿线辐射模型，取2×25个像素联合时，风场探测垂直分辨率1.06km，水平分辨率10.08km，基于大气信号强度的风场探测误差小于3m/s，信噪比水平大于194。利用现有实验设备，在实验室中进行了广角迈克尔逊干涉仪的四步进成像的验证实验，获得了不同步进相位的图像。说明了可以使用电动位移平台提供相位步进。

目录

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摘要

前言

1 研究背景及意义

2 探测高层大气风场的基本原理

2.1 引言

2.2 探测高层大气风场的光源

2.2.1 极光

2.2.2 气辉

2.3 探测高层大气风场的仪器

2.3.1 Fabry-Perot干涉仪

2.3.2 Michelson干涉仪

2.3.3 改型Sagnac成像干涉仪

2.4 “四强度法”探测高层大气的风速和温度

2.5 小结

3 基于MSASII-LCoS正演模型研究

3.1 引言

3.2 正演模型的建立

3.2.1 Sagnac成像干涉仪模型

3.2.2 滤波器模型

3.2.3 大气辐射模型

3.2.4 轨道模型

3.3 正演方程的建立

3.3.1 视线积分

3.3.2 正演方程

3.4 基于MATLAB正演程序介绍

3.5 正演结果及分析

3.5.1 正演图像

3.5.2 图像分析

3.6 小结

4 成像干涉仪的步进实验

4.1 引言

4.2 实验条件

4.3 实验光路及结果

4.4 实验结果分析

4.5 小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

硕士期间的成果