侧摆扩视场型干涉光谱成像仪通过在光学系统前增加侧摆反射镜来实现视场扩展的功能,然而增加侧摆反射镜会使得不同视场不同通道的光线交错分布,无法使用传统消杂光设计,给杂散光抑制带来困难。针对此类型光学系统提出了一个消杂光设计方法。当侧摆反射镜位于0°、15°、-15°视场位置时,对可见近红外系统和短波红外系统进行了点源透过率(PST)仿真分析。分析结果表明,对于所有侧摆反射镜位置,在视场外0.5°位置处空间视场方向和光谱视场方向的PST可降低至10 ^-3。基于观测模式,对高光谱成像仪在轨工作时的信号源与杂光源进行分析。基于PST仿真结果,对杂光源在焦平面处产生的杂光能量进行研究,并分析了高光谱成像仪的信杂比,侧摆反射镜位于0°视场位置时可见近红外系统的信杂比为0.1%,短波红外系统的信杂比为0.6%。结果表明,所提的杂散光抑制措施有效,满足星载高光谱仪对杂散光的技术要求。

提出并分析了以O2(a1Δg)O19P18(7 772.03 cm-1)发射谱线为目标源进行平流层、中间层大气风场星载临边探测的可行性及优势.基于大气模型和辐射传输理论建立O2(a1Δg,υ′=0)→O2(X3Σg,υ″=0)带的辐射传输模型, 并分析多重散射和非局地热平衡效应影响下的目标源临边光谱辐亮度.表明发射线O2(a1Δg)O19P18(7 772.03 cm-1)自吸收微弱、辐射强、光谱分立度好, 能大大降低对测风干涉仪光谱分辨率、滤光系统带宽的要求, 进而使载荷更易于实现小型化、高稳定性.以星载测风多普勒差分干涉仪技术方案为例, 对以O2(a1Δg) O19P18(7 772.03 cm-1)为探测目标源的视线风速反演精度进行了仿真分析, 结果表明40~70 km高度范围内视线风速测量精度优于5 m/s; 适当放宽风速反演精度情况下, 探测范围能够向40 km以下扩展.研究结果将为平流层、中间层大气风场星载探测提供一条低成本、高精度、自主可行的技术路线.

为了保证星载测风多普勒差分干涉仪的力学稳定性和热稳定性, 设计了一种低热传导微应力装夹支撑结构, 采用胶合与弹性压紧相结合的方法对干涉仪进行安装.首先, 结合多普勒差分干涉仪的结构特点和稳定性要求, 采用四点环形凸台的粘接形式对底座粘接面进行了优化设计, 并与已有的网格化多点凸台粘接面形式进行对比.然后, 针对随机振动条件下干涉仪与底座粘接面响应应力过大的问题, 设计了施加预紧力的压盖结构来提高粘接可靠性.最后, 对干涉仪组件进行了有限元仿真和环境振动试验, 分析和验证了干涉仪组件的低热传导性和力学可靠性.结果表明, 所设计的四点环形凸台粘接形式相较于已有粘接形式在相同条件下由底座导入光学组件的热量减少了63.54%, 随机振动时粘接面最大响应应力为2 MPa, 干涉仪组件的模态频率均在1 900 Hz以上; 有限元仿真与试验结果的相对误差均在8.6%以内.基于四点环形凸台面粘接并施加预紧力的干涉仪组件具有低热传导、高力学可靠性的特点, 结构设计合理, 性能可靠.

多普勒差分干涉光谱仪是傅里叶变换型光谱仪，在大气风速反演过程中，偶延拓的反演光谱无法直接解出目标谱线的相位，而且在实际测量中反演光谱中含有的杂散光谱线、噪声等，使得复干涉图相位发生变化，最终导致反演风速值的偏差。所以，在对实际噪声环境下测得数据的处理过程中，获取反演光谱相位信息时需要对目标谱线进行提取。针对不同信噪比的干涉图，利用蒙特卡罗方法对不同线宽的不同窗函数的优化反演结果进行分析。结果表明：对于信噪比高于26.5 dB的干涉图，线宽为4~5倍光谱分辨率的高斯窗函数是最优的窗函数优化方式；对于信噪比低于26.5 dB的干涉图，线宽为7~12倍光谱分辨率的矩形窗函数的反演风速值更精确，是最优的窗函数优化方式，可以复原相位信息，反演出大气风速的近似值。