星载长波红外气辉成像干涉仪可实现对临近空间平流层区域大气风场信息的遥感观测。然而, 长波红外对温度更加敏感, 因此会给干涉仪引入更多的误差来源。鉴于此, 借鉴平流层风场干涉仪(StratosphericWindInterferometerforTransport, SWIFT)的设计参数, 在临边观测正演仿真的基础上, 开展了关键部件的相位热漂移研究及背景辐射的热不稳定分析, 给出了仪器温度变化引起的风场误差, 提出了通过校准泡对光程差相位的监测减小测风误差的方案。不确定度分析表明, 如果 SWIFT仪器关键部件的温度变化率控制在 10-3 K/s, Michelson干涉仪和 F-P滤光片因热漂移产生的测风误差分别为 37m/s和 20m/s。当校准泡对光程差相位的监测精度达到 10-3rad时, 热漂移引入的误差可降至 1m/s以内。该研究将为星载全天时临近空间长波红外测风干涉仪的设计及研制提供重要的理论指导。

临近空间(20~100 km)风温探测对于大气物理和空间科学的发展具有重要的学术意义和应用价值。以1.27 μm附近的O2(a1Δg)气辉为辐射源, 采用广角迈克尔逊干涉仪进行临边观测, 能够实现平流层、中间层及低热层区域(40~80 km)大气风场和温度场的同时探测。本文设计了临近空间风温遥感干涉仪, 并对该仪器进行了仪器建模及正演仿真。根据气辉临边辐射光谱特性及谱线选取的原则, 提出了采用两组强度不同的谱线进行风温遥感, 弱线用于低空探测, 以避免自吸收效应对测量结果的影响; 强线用于高空探测, 以期实现高的测量精度。建立了由大气辐射传输模块, 迈克尔逊干涉仪模块, 滤波器模块, 以及光学系统、传感器阵列、红外焦平面等设备的系统参数组成的正演模型。通过正演模型获得了临边观测图像, 并对风速及温度的测量不确定度进行了计算。数值模拟结果表明, 在40~80 km的高度内, 风测量精度为1~3 m/s, 温度测量精度为1~3 K, 满足临近空间风温探测精度的要求。

光纤水听器在**应用中有着重要地位，阐述了芯轴型-含空气腔式光纤水听器的传感原理，并对其声压灵敏度参数进行了研究。通过建立有限元模型，分析了其结构以及弹性层参数对声压灵敏度的影响。设计了一种光纤水听器，并对其声压灵敏度和谐振进行分析，仿真结果表明其在500 Hz ～ 9 kHz 的工作区间内可以达到高于-140 dB 的声压灵敏度，此种光纤水听器可用于拖曳线列阵。

星载气辉成像干涉仪采用临边观测模式, 可以获取全球范围内大气风场的空间分布信息及时间演化信息, 是国际卫星遥感领域的研究热点。基于O3辐射源的Michelson星载成像干涉仪在红外波段工作, 能够全天时探测平流层区域的大气风场, 却存在更为复杂的测风不确定度。鉴于此, 在临边观测正演仿真的基础上, 开展了仪器热背景辐射研究及测量噪声分析, 给出了大气信号测量噪声及仪器热背景噪声引起的大气风场速度误差数值, 并通过表观量仿真及信噪比分析, 得到了视向风的误差廓线。不确定度分析表明, 基于O3辐射源的Michelson成像干涉仪在星载条件下可全天时探测15~45 km范围内的大气风场, 反演精度优于1~2 m/s。该研究为基于红外辐射源的大气风场测量提供了重要的理论指导。同时对红外Michelson成像干涉仪的研制具有重大的工程意义和实践价值。

以O₃在8.823 μm波段的辐射为探测源,通过干涉仪获取其精细光谱的多普勒频移反演,是平流层风场探测的重要途径。鉴于此,通过对O₃临边辐射光谱特性进行分析,确定了最佳的目标谱线;利用三级红外Fabry-Perot标准具联合滤光,实现了目标谱线的提取;通过建立Michelson干涉仪数值模型,得到了临边观测情况下白天及夜间工作时的四步进干涉图像;通过误差分析,论证了15~45 km范围内,白天及晚上的视向风测量误差均在1~2 m/s范围内。因此,以O₃辐射为探测源的Michelson干涉仪可以实现平流层风场的全球全天时探测。

提出并研究了基于Michelson干涉仪的应用于检测时变扰动的光纤分布式传感器。所提出的光纤传感器由两个Michelson干涉仪和一个光纤延迟环组成。扰动作用在传感光纤上，引起传输光波相位的调制作用，可以通过该传感器进行检测并得到扰动的位置信息。通过光电探测器对干涉信号进行接收。对接收到的信号进行隔直，并通过求取峰峰值的方法对隔直后的信号进行预处理。通过希尔伯特变换、相位去包裹和三角函数运算可以提取出预处理信号中包含的相位信息。最后，通过频谱分析和相应的数学运算可以实现扰动的定位。在20 km的监测距离内通过实验验证了传感器的可行性。所提出的光纤传感器具有实时性好、抗偏振性、低成本的独特优势。

钻孔应变测量是观察地壳应力状态和变化,研究分析应变异常与地质灾害之间关系的主要手段。提出了一种基于光纤Michelson干涉仪的钻孔应变传感器,将钻孔应变转换成测量臂光纤的长度变化,并通过参考臂光纤补偿温度与环境的影响。实验结果表明,其精度为117nm,同时具备有很大的提升空间。该传感器耐高温高压,抗电磁干扰,抗雷击,可应用于野外观测站。

针对光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)中压电陶瓷非线性调制导致的复原光谱图畸变问题, 设计了 He-Ne 激光辅助干涉仪,利用该干涉仪实现被测光的 等光程间隔采样,以及为待测光源光谱定标提供依据。使用该干涉仪测量了632.8 nm He-Ne 激光光源的干涉信号,采用傅里叶变换算法计算了其光谱图,并与传统光栅光谱仪测量的光谱图进行比较, 分析了两者存在的差异及其原因,为 FFTS 的后续研制工作提供了有益参考。

动态校准系统是空间傅里叶光谱仪的关键技术之一,而动态测角作为动态校准技术的一个重要环节,其测角精度和测角范围是动态校准系统性能的保证。空间傅里叶光谱仪的工作环境要求测角算法能够实现高精度和大范围的倾角检测,基于此设计了基于瞬时激光信号功率检测的动态测角算法,介绍了该算法实现的关键技术环节,给出了实验结果。算法原理和实验结果均表明该算法可以实现精度高于0.03 rad 和范围超过±π rad 的倾角检测,可为空间傅里叶光谱仪实时获取高质量的地球大气红外辐射干涉图提供保证。

自适应光学合成孔径遥感器系统在工作时因合成孔径成像的需要、外加大气或载体振动等原因会引起相位的变化，需要对其进行实时相位检测与校正，光纤移相器可以满足这些要求。将光纤紧绕在压电陶瓷圆筒上，施加激励电压给压电陶瓷圆筒，由于压电陶瓷逆压电效应，缠绕的光纤长度会发生变化，引起光程发生改变，达到改变光相位的目的。文中推导了相位电压的关系，并采用压电陶瓷圆筒作为光相位调制器，搭建光纤Michelson干涉仪对光纤压电陶瓷相位调制器进行校准，得出相位改变量与压电陶瓷外施电压关系式，实验结果表明，相位变化量与压电陶瓷外施电压幅值呈良好的线性关系，验证了推导的相位电压为线性关系的正确性，为光纤压电陶瓷相位调制器在自适应光学合成孔径遥感器系统进行相位校正奠定基础。