地基气辉成像干涉仪探测高层大气风场的定标研究

摘要：

我们研制的地基气辉成像干涉仪(ground based airglow imaging interferometer,GBAII)样机成功地探测了地球上空90—100 km的大气风速和温度.为了提高GBAII的探测精度,本文研究GBAII所拍摄的成像干涉条纹的定标:对干涉条纹中心位置定标、电荷耦合器(CCD)暗噪声和平场定标、整个光学系统衰减系数定标、步进步长定标、光程差随入射角变化量定标、仪器响应度定标和零风速相位定标等理论和实验进行了研究.利用最小二乘法对GBAII拍摄的30幅成像干涉图的圆心坐标定标在CCD(123.3,121.1)像素位置;利用632.8 nm激光获得GBAII所用CCD的平场定标系数矩阵,分别得到平场前后的干涉图并检测出CCD的噪声和坏点;利用GBAII获得图像的边缘亮环相位与中心亮斑相位的差值对入射角10.24?时,光程差相对0?入射角时变化了0.356个条纹;拍摄200幅成像干涉图的实验离散点进行正弦拟合后的均方根标准偏差达90.34%,该完整干涉条纹的步进间隔为4.06 nm,对应步进相位为0.0094π;针对正演公式中GBAII的系统衰减系数对所拍摄的原始干涉图利用IDL编程得到光学系统衰减系数的多项式,拟合的均方根标准偏差达99.98%;采用632.8 nm激光作光源,简化了GBAII的响应度表达式,通过实验得其响应度为4.97×10?3 counts·(Rayleigh·s)?1;针对GBAII室外观测,给出零风速定标的矩阵表达式后,对532.0 nm和632.8 nm激光的对应零风速相位分别为?9.2442?和?68.6353?.本文提供了多种定标方法,并逐一通过实验进行验证,为国内被动遥感探测高层大气风场提供了强有力的实验支持.

关键词：定标、高层大气风场、相位

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分类号：P4 ;O4

资助基金：国家自然科学基金61675165;陕西自然科学基金2016JM1011;西安理工大学特色项目批准号:2015TS012资助的课题. Project supported by the National Natural Science Foundation of ChinaGrant 61675165;the Natural Science Foundation of Shaanxi Province, ChinaGrant 2016JM1011;the Characteristic Fund of Xi'an University of Technology, ChinaGrant 2015TS012

在线出版日期：2017-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：73-83