南京航空航天大学能源与动力学院,江苏 南京 210016
以中高层大气背景的红外辐射特性和红外成像为研究目的,建立中高层大气背景探测模型和红外成像模型,分析中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)在红外波段的适用范围,利用战略高空辐亮度代码(SHARC)仿真分析3~5 μm波段不同观测参数下的中高层大气背景红外辐射特性,并建立相关辐射特性数据库,完成中高层大气背景红外辐射场景成像仿真。结果表明:3~5 μm和8~12 μm波段MODTRAN分别在切点高度50 km和70 km以下具有较好的计算精度;中高层大气背景辐亮度随着切点高度和太阳天顶角的增大而减小,随着观测天顶角的增大而增大;短路径和长路径的辐射特性分别由路径长度和处于低层大气的路径大气参数占主导影响;白天和夜晚的辐亮度分别在36 km和34 km为最大值,在75 km和85 km处为极大值。研究结果可为中高层大气背景红外探测提供理论支持。
中高层大气 红外辐射 临边背景 红外成像 数据库 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0828005
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室,陕西 西安 710119
2 中国科学院大学,北京 100049
3 航天东方红卫星有限公司,北京 100094
星载测风干涉仪采用临边观测模式测量大气气辉谱线的多普勒频移来实现大气风场探测,干涉仪有效覆盖性会受到探测目标源及卫星平台模式的限制,在卫星任务规划前端对观测数据进行分析,判断其是否满足科学目标,对风场数据应用具有重要意义。首先,建立了临边观测几何模型,对卫星运行期间仪器的临边切点分布情况进行仿真;其次,探讨了影响仪器有效观测的主要因素,并以昼气辉探测为例,分析在不同时段下,太阳入射角与干涉仪有效时空覆盖性之间的关系;最后使用分离变量法研究卫星轨道参数对测风干涉仪有效覆盖性的影响,并评估不同轨道参数下的干涉仪对欧亚大陆的覆盖百分比。结果表明:1)影响仪器有效观测的因素主要为太阳天顶角和太阳散射角,太阳入射角影响切点纬度覆盖范围和切点地方时;2)卫星轨道倾角和轨道高度共同决定仪器有效覆盖效率,且轨道倾角为欧亚大陆覆盖百分比的主要影响因素,当轨道倾角在60°~80°之间时,覆盖百分比可达到百分百。文中为星载干涉仪的后续设计及性能评估提供了观测几何框架,实现了载荷观测覆盖效能的定量分析,且该模型具备泛用于其他各类大气光学遥感载荷观测模式分析的能力。
星载测风干涉仪 临边观测 数据有效性 覆盖性 覆盖百分比 spaceborne wind interferometer limb observation data validity coverage coverage percentage 红外与激光工程
2023, 52(10): 20230106
1 烟台大学物理与电子信息学院,山东 烟台 264005
2 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院,湖北 武汉 430071
3 中国科学院国家空间科学中心,北京 100190
中间层顶-低热层区域是地球大气中重要的空间区域。基于剥洋葱算法及氧分子气辉光谱理论,利用迈克耳孙全球高分辨率热层成像干涉仪(MIGHTI)测量的O2-A波段气辉辐射强度图像,反演得到海拔为92~140 km的大气温度廓线。首先,根据氧分子气辉光谱理论,结合MIGHTI仪器参数,计算了其各光谱通道信号强度随温度的变化关系;然后,利用剥洋葱算法提取各光谱通道的目标层信号强度,并结合信号强度与温度的函数关系,反演得到大气温度廓线;最后,通过与SABER卫星的观测结果及NRLMSIS-00大气模型的仿真数据的对比,验证了MIGHTI温度反演的可靠性与合理性。误差分析结果表明,MIGHTI的温度探测误差随高度增加而增大,在92 km处为1 K,在140 km处为13 K。
大气光学 温度反演 气辉辐射 临边观测 剥洋葱算法 光学学报
2023, 43(12): 1201006
1 合肥学院生物食品与环境学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
4 安徽工程大学机械工程学院, 安徽 芜湖 241000
星载大气成分临边探测光谱仪在采集高度方向上光信息时需要借助反射镜的反射, 为满足光谱仪扫描需求, 设计了一款扫描摆镜驱动控制系统, 并在地面模拟验证了扫描方向上的光谱数据采集。设计的驱动控制系统基于 STM32 微控制器, 采用 DRV8833C 电机驱动电路和闭环数字 PID 调节器, 利用有限转角直流无刷力矩电机作为光谱仪摆镜控制系统的执行机构, 并使用 18 位单圈绝对值光电编码器作为位置传感器。进而搭建了摆镜控制系统和试验平台, 利用光电自准直仪对摆镜系统性能进行试验验证, 测试了系统的指向精度。结果显示平均指向精度小于 12.15'rime, 最大偏差小于 19.6'', 最小偏差小于 7.46'', 满足工程预研阶段的主要指标要求。
大气成分 临边探测 光谱仪 扫描摆镜 atmospheric composition limb detection spectrometer scanning swing mirror 大气与环境光学学报
2022, 17(5): 570
红外与激光工程
2022, 51(2): 20210896
1 中国科学院合肥物质研究院安徽光学精密机械研究所环境光学研究中心, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
临边辐射探测技术是一种新型卫星探测技术,主要利用紫外-可见光-红外太阳散射光谱获得臭氧等痕量气体在垂直方向上的分辨率廓线信息。基于波长配对光谱分析法、乘代数重建技术以及SCIATRAN正向模型,用SCIAMACHY仪器临边辐射反演垂直高度为10~40 km、分辨率为1 km的臭氧数密度。首先,根据臭氧在Chappuis-Wulf波段的吸收特性分析波长配对的机理,并结合临边辐射权函数确定臭氧反演的波长和反演范围。然后,分析了几种典型的波长配对组合对反演结果的影响,确定一组较好的波长配对组合。最后,对迭代算法反演过程中的误差来源如迭代次数、先验廓线、切线高度和NO2浓度参量进行不同程度的偏差反演,误差结果表明,这些参数都会明显影响垂直高度小于20 km的臭氧廓线反演结果。
大气光学 临边辐射 波长配对 乘代数重建技术 臭氧廓线 反演
中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测重点实验室, 北京 100029
利用 RFM 模式, 模拟计算了大气红外超高光谱探测仪探测的辐射传输中四种主要大气成分 (CO2、O3、H2O 和 N2O) 由于吸收线位置、强度和宽度的不确定性导致临边辐射计算的误差。在统计 HITRAN2016 数据库中分子吸收线不确定代码的基础上, 确定辐射传输计算使用不确定代码不小于 3 的不确定值。不同分子吸收线的不确定性对不同高度临边辐射影响不同, 起主导作用的不确定因子也不同。同时还模拟计算了大气红外超高光谱探测仪 4 个探测波段综合多种分子的 3 个不确定因子 (位移、强度、宽度) 导致的临边辐射误差, 为光谱通道选择和大气参数反演提供了数据基础。
辐射传输 大气红外超高光谱探测仪 临边辐射 不确定性 radiative transfer HITRAN2016 HITRAN2016 atmospheric infrared ultra-high spectral detector limb radiance uncertainty 大气与环境光学学报
2020, 15(4): 241
贵州大学大数据与信息工程学院大数据与智能技术重点实验室, 贵州 贵阳 550025
针对人体姿态估计中因肢体、环境复杂性导致的估计结果不精确问题,提出了一种基于二次生成对抗的人体姿态估计方法,通过两个阶段对堆叠沙漏网络(SHN)进行生成对抗训练。首先将SHN作为第一个生成对抗网络模型的判别器,通过在线对抗数据加强训练,以提升SHN的估计性能;然后将SHN作为第二个生成对抗网络模型的生成器,将肢体几何约束作为判别器,通过第二次对抗训练再一次提升SHN的估计性能,得到最终的SHN。在公开数据集LSP和MPII上对本方法进行测试,结果表明,该方法能有效提升SHN的估计精确度。
人体姿态估计 生成对抗网络 模型再训练 肢体几何约束 激光与光电子学进展
2020, 57(20): 201509
哈尔滨工业大学 航天学院 空间光学工程研究中心,黑龙江 哈尔滨 150006
临边红外观测是对辐射强度较弱空间目标的一种有效探测方式,探测临边背景的红外辐射分布规律直接影响目标检测跟踪的效果。通过实测图像对临边背景辐射统计特征进行建模:临边背景辐射亮度在地平线垂直和水平方向具有不同的分布规律,垂直分布与视线切线高度相关,水平方向可近似为正态分布,变异系数取值集中于[0.01,0.05]。基于建模成果提出了一种临边背景红外图像快速仿真方法,实验结果表明仿真图像与实测图像具有较高的一致性,验证了成像模型和仿真方法的有效性。同时,快速仿真方法耗时仅为常规逐像元仿真方法的1/200,能够满足实时仿真的需求。研究结果可应用于红外相机设计和目标检测算法测试等领域。
临边背景 红外辐射 成像仿真 空间目标 limb background infrared radiation imaging simulation space target 红外与激光工程
2019, 48(9): 0904005