太阳辐照绝对辐射计衍射效应分析与修正

	太阳辐照绝对辐射计衍射效应分析与修正
	刘国栋
	2016-10-01
发表期刊	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
期号	6
摘要	太阳辐射是地球最重要的能量来源,对地球的生态环境和人类的生存具有深刻的影响。为了自身的长久和可持续发展,人类很早就开始对太阳辐射进行监测。对太阳辐射进行长期、不间断和重叠测量可以为研究太阳活动提供必要的基础科学数据,对太阳物理研究,地球辐射收支和气候变化等研究具有重要意义。太阳辐照绝对辐射计(Solar Irradiance Absolute Radiometer,SIAR)是长春光机所于90年代研制出的一种辐射计,近20年经过不断的改进与设计,先后搭载于“神州三号”和“风云三号”气象卫星,实现了对太阳辐照度的长期监测。太阳辐射进入到SIAR锥腔,需要通过一系列光阑结构,该结构对太阳辐射的衍射效应是辐射计测量数据系统误差的重要组成部分,随着对测量精度的要求越来越高,衍射效应已经成为辐射测量中不可忽视的重要因素。衍射效应广泛存在于辐射计量中,对其进行计算既要有足够的精度,又要尽可能地降低操作难度,但是这一问题尚未得到妥善地解决,衍射效应修正还没有广泛地应用于辐射测量结果中,因此有必要进行系统地研究,获得有效的衍射效应计算方法,并将其实际应用于辐射测量中。首先,从基本的电磁理论出发,在高斯光学近似下,利用Kirchhoff衍射理论,推导出光衍射的标量场分布。根据标量场分布与辐射能量密度与能流的关系,将衍射理论进一步向辐射通量的衍射效应计算过渡。根据实际的光学结构,构建用来描述衍射效应的SAD模型(Source-Aperture-Detector,SAD),从Lommel的点光源能量密度分布,到Wolf的点光源积分通量公式,最后到Shirley完整的衍射效应表达式,逐步解析衍射效应公式的推导过程。随后,根据衍射效应公式的渐近性质,对衍射效应的表达式做近似处理,得到两种计算衍射效应的方法,即数值积分法与渐近公式法。接着,根据辐射计量的衍射效应理论,推导出衍射效应计算公式的具体形式,并详细介绍了计算流程,使衍射效应理论实用化。然后,使用推导出的公式计算已知的衍射效应,通过比对结果,验证了公式的正确性,并说明了两种计算方法分别在什么情况下更为精确。为了计算SIAR的衍射效应,分析了光阑结构在其中的作用,通过构建SAD模型,实现了对SIAR测量结果的衍射效应修正。两种方法对SIAR衍射效应的计算具有一定的差异,当光阑距离探测器较近时,这个差异变得尤为明显。通过对此进行研究,确定了衍射效应公式的适用范围,并为辐射计光阑结构设计提出建议。本文对辐射计量中的衍射效应理论进行了系统而全面的研究,推导出了两种计算衍射效应的实用化公式,可以方便而精确地应用到SIAR的衍射效应分析与修正上,降低了其测量数据的系统误差。根据分析结果,提出了光阑结构设计的指导性建议,对进一步提高辐射计测量精度具有重要意义。
关键词	太阳辐照绝对辐射计衍射效应计算方法实用化光阑设计
语种	中文
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/57925
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	刘国栋. 太阳辐照绝对辐射计衍射效应分析与修正[J]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2016(6).
APA	刘国栋.(2016).太阳辐照绝对辐射计衍射效应分析与修正.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(6).
MLA	刘国栋."太阳辐照绝对辐射计衍射效应分析与修正".中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 .6(2016).