空间大气/太阳光谱仪定量化关键技术研究

CIOMP OpenIR

	空间大气/太阳光谱仪定量化关键技术研究
	窦晨浩
学位类型	博士
导师	王淑荣 ; 黄煜
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	遥感器定量化偏振测量偏振修正在轨辐射定标
摘要	空间大气/太阳光谱仪的定量化技术是大气遥感的主要技术之一,它贯穿从遥感器研制到入轨工作再到遥感产品的获取与应用等整个链路,是实现大气从物理现象到测量信号再到物理数据的整个信息流传递过程的核心手段。随着大气遥感的发展,人们已经在定量化精度、数据源的综合性、定量化产品多样性、遥感信息长期稳定性等方面对相关遥感器的定量化技术提出了更高、更新的要求。遥感器的偏振测量与修正技术、多模式大气探测技术、遥感器在轨辐射定标技术等是空间遥感器定量化关键技术,其中偏振测量与修正是提高遥感器定量化精度的重要手段,多模式大气探测技术是获取综合性、多元化遥感信息的基础,并且对在轨偏振修正有着重要影响,在轨辐射定标技术是提高遥感信息定量化精度与长期稳定性的关键。本文以紫外高光谱臭氧廓线探测仪和太阳辐照度光谱仪为例,对定量化相关的关键技术开展了深入研究。本文第一部分主要对空间大气光谱仪的地面偏振测量技术作了深入研究。地面偏振测量是提高遥感器定量化精度的基础,本部分详细研究了大气光谱仪对大气散射光的偏振响应理论,并在此基础上推导出了四种地面偏振测量方法,包括简易测量法、超定矩阵法、改进型简易测量法、改进型超定矩阵法。以紫外高光谱臭氧廓线探测仪为对象构建了一套地面偏振测量实验系统,分别用四种测量方法完成了地面偏振测量实验,通过实验测量、对比和评价,改进型超定矩阵法具有更高的测量精度,最大相对误差仅为3.3%。本文第二部分深入研究了多探测模式下的空间大气光谱仪在轨偏振修正方法。紫外高光谱臭氧廓线探测仪具有三个科学测量通道:深紫外通道(250nm~310nm)、紫外通道(300nm~410nm)、短波可见通道(400nm~500nm),本文针对这三个通道分别提出了相应的在轨偏振校正方案。针对紫外通道和短波可见通道的在轨偏振修正,提出了利用偏振测量通道构建可解偏振方程组的方案,先对重叠工作波段进行偏振测量和修正,再对各自的剩余波段分别进行偏振测量和修正。由于偏振测量通道无法有效测量深紫外信号,深紫外通道的在轨偏振修正必须采取与另外两个通道不同的方法。在对深紫外通道的在轨偏振修正中,利用大气单次瑞利散射理论,分别构建了深紫外通道在天底探测和临边探测模式下的在轨偏振修正模型,并分别提出了在轨偏振修正方案,并通过仿真分析,验证了方案的可行性。本文第三部分为了追求定量化产品的多样性,为了追赶偏振遥感产品化的新趋势,进行了创新性和前瞻性探索,设计了一种新型多波段大气偏振测量光学系统。本部分以渥拉斯顿棱镜为核心偏振分光器件,构建了能对入射光进行多个波段、四个方向进行偏振分光测量的概念模型,并根据概念模型设计出了像质高、结构紧密的光学系统。本文第四部分进行了空间大气/太阳光谱仪在轨辐射定标技术研究,改进了传统在轨太阳定标和在轨月亮定标的方法,提出用太阳辐照度光谱仪进行长期对日、对月测量,以测量数据代替日、月辐射模型数据,以减小由于太阳和月亮的光谱辐照度不确定度引起的在轨辐射定标误差。本部分首先分析了传统的太阳定标方案和月亮定标方案以及它们的误差来源。然后运用仿真的方法设计出了太阳辐照度光谱仪的观测视场,俯仰方向为-34°~0°,方位方向为-22°~22°。之后对太阳辐照度光谱仪进行了超长设计寿命8年内的对日观测仿真,按照仿真结果仪器在工作4年后,出现了由于轨道漂移导致的连续观测被打断的问题。为解决这一问题,在本部分中提出了通过微调轨道半长轴和轨道倾角,进行长期在轨观测漂移修正的方法,通过仿真计算,得出轨道半长轴微调量为+6.0262km,轨道倾角微调量为-0.026°。通过对修正方案的仿真计算,修正后太阳辐照度光谱仪每年轨道降交点地方时仿真漂移量小于10秒。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61658
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	窦晨浩. 空间大气/太阳光谱仪定量化关键技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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空间大气_太阳光谱仪定量化关键技术研究.（5779KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文