空间探测光栅光谱仪是指利用光栅作为主色散元件在卫星轨道上对目标探测的光谱仪。阐述了用于空间探测 的光栅光谱仪国内外最新发展状况,根据最新的空间探测光栅光谱仪的结构和技术指标,分析了空间光栅光 谱仪的应用范围和发展方向。应用范围主要是空间环境探测和对地观测。其中空间环境主要关注电离 层、臭氧层和温室气体的总量及廓线,对地观测主要是获得图谱合一的地球表面参数,在得到二维 图像信息的同时,增加了一维光谱信息,使得信息量大大增加。最新的发展方向是探测谱段向紫 外和红外延伸,系统覆盖更大的视场角,空间分辨率逐步提高。结合光谱仪系统可靠性高的优 点,空间光栅光谱仪非常适于空间和地面环境的探测。

利用Mie散射激光雷达对芜湖市上空的气溶胶光学特性进行观测研究,从观测数据中选取降雨和降雪天气 的特例,通过计算反演得到了雨、雪天气前后气溶胶粒子的光学厚度、气溶胶粗粒子比例以及粒子数密 度的变化情况,经分析得出雨、雪对气溶胶粒子具有一定的洗刷作用。从科学的角度验证了雨、雪是大 气重要的自清洁过程,并初步得到了同等条件下,雪比雨对空气清洁能力更强的结论。

针对目前的非局地热力学平衡(NLTE) 大气辐射传输模型计算速度慢的不足,引入了计算速度快、计算精 度较高的带模式算法,并建立了大气的NLTE临边辐射快速计算模型。首先基于分子上下能级布居计算了 大气振动温度廓线。然后依据大气的动力学温度、振动温度与配分函数计算了偏离系数和吸收截 面因子。最后提出了半球累加方法解算NLTE临边辐射传输方程。计算分析了1976 U.S.大气模式下 的大气振动温度与吸收截面因子廓线,并给出了典型切向高度时CO2 15 μm波段在白天的临边辐射 亮度。通过基于逐线积分算法的SHARC模型,验证了本模型计算结果的正确性。本模型进行一次NLTE辐 射计算仅需耗费数秒,且具有理想的光谱分辨率(1 cm-1)。

被动差分吸收光谱技术(DOAS)是一种以太阳散射光为光源,利用不同气体分子的特征吸收来实现气体 定性定量测量的方法。成像光谱技术作为一种新型光电探测技术,能同时获取观测区域的空间信息 和光谱信息,该技术与DOAS结合构成了成像差分吸收光谱系统(IDOAS),可实现对气体的二维成像测 量。设计了基于凸面光栅Offner成像光谱仪、面阵CCD、紫外镜头和扫描旋转台的成像差分吸收 光谱系统,描述了系统的组成并着重介绍了Offner成像光谱仪的光学设计。针对该系统开发了基 于MFC框架的软件系统,实现了探测器参数设置、数据采集与显示、数据存储、电机扫描控制、 多波段成像、图谱合一等功能。利用该系统对发电厂烟羽排放进行外场测量,采用被动差分吸 收光谱方法对采集的太阳散射光谱进行处理获得SO2 柱浓度,实验证明系统运行稳定可靠,可用 于污染气体的二维成像解析。

X射线荧光(XRF)法是实现重金属连续监测的有效方法。为了实现工业环境大气重金属连续监测,样品的富 集及与X射线测量位置的精确定位至关重要。提出了一种采用光电位移传感器检测富集样品滤纸位移,实现富 集样品移动精确定位的方法。以单片机作为核心芯片,研制了该样品定位控制系统。最后,利用样品 定位控制系统进行了一系列样品定位试验。实验结果显示利用光电位移传感器进行多次样品定位的 相对标准偏差约为0.5%,进行100 mm位移精确定位的绝对误差小于0.8 mm,能够满足XRF大气重 金属在线监测装置中的样品定位要求。

中巴资源卫星CBERS-02B星是我国第一颗能为众多行业提供高分辨率图像数据的卫星,广泛应用于国 土资源、农业、林业、水利、环保、灾害监测、测绘、城市规划等众多领域。考虑到山区地形 对高分辨影像的山区地表特征反演精度的影响,对数字高程模型(DEM)精度对地形校正的影响进行了初步分析,比 较了几种常用地形校正模型; C校正、SCS+C校正、Minnaert校正和Ekstrand-r校正,并对校正结果 进行了评价,结果表明以往的地形校正方法对CBERS-02B影像HR数据具有一定可行性,从而为中 巴资源卫星CBERS-02B影像的地形校正提供了依据。

搭载于风云三号B星(FY-3B)的中分辨率光谱成像仪(MERSI)安装了由积分球和监视探测器组成的太阳反射 通道星上定标器。分析了2010年11月 13日至2013年4月11日期间的星上定标数据,评估了FY-3B星上定标 器和MERSI的响应衰变情况。结果表明,星上定标器的输出和MERSI的响应均存在衰变,且衰变程度与 波长有关。除星上定标器除通道1(470 nm)年衰变率超过7.0%外,其余通道年衰变率小于5.0%。 MERSI 470～565 nm等短波通道衰变较大,年衰变率超过10.0%;长波通道衰变较小,年衰变率小于4.0%。

针对目前精确定位技术在精微操作领域的应用,设计了基于音圈电机的精密扫描定位装置,用于实现光 谱扫描测量中成像光斑的定位。根据不同电机驱动的对比,选择直线型音圈电机作为精密定位的驱 动装置。结合不同直线型直流电机的分类,详细叙述了音圈电机的工作原理、参数及选择依据。在 结构设计中采用了柔性轴承和悬臂,并对柔性悬臂进行受力分析。结合精确定位及音圈电机的工作 需求,设计了专门的驱动装置。通过实验对扫描定位装置进行性能验证,结果显示,定位装置的 稳定时间小于30 ms,长时间的偏移小于1.5 μm,满足扫描定位的微米量级的设计要求。

MATLAB在数字图像处理中的应用越来越广泛。首先需要对水下激光线扫描系统成像获得的原始试验 数据进行视频及图像处理才能完成对目标信息的重建。然后利用数学形态学方法进行图像处理,去除 图像的背景光噪声。再用直方图均衡实现图像增强。实验结果表明应用MATLAB对图像进行形态 学、直方图调整等方法能够有效消除图像的背景光噪声,提取出目标信息,提高信噪比,对水下激 光成像效果的改善有显著效果。同时,相当于增大了水下激光成像的探测距离。

移动通信系统引入光纤直放站后使基站接收端的噪声发生变化,通过对光纤直放站之间的传输距离分 析以及引入光纤直放站后基站接收端的噪声变化分析发现,噪声增量主要由直放站增益和基站发射 机至直放站的路径损耗决定,并进一步推导出光纤直放站的上行增益应比路径损耗小8 dB,而其下行 增益的设计应充分考虑到系统上下行的平衡。最后,设计了系统噪声系数为3 dB、上行增益为30 dB、下 行输出功率设为36 dBm的光纤直放站。实际投放后发现,网络盲区的比例减小到3.18%,说明该 直放站的效果相当显著,并且性能稳定,与原基站兼容性好。

提出了一种在实验室环境下模拟工业现场在线测量多晶硅还原炉内硅棒直径的检测系统。该系统 采用双目立体视觉测量的方法,首先采用双CCD获取硅棒模型的实时图像,并依次进行摄像机的标定、 特征点的提取、立体匹配、然后通过特征点的三维坐标计算硅棒模型的直径。实验结果表明,硅棒 直径的测量结果达到了还原炉工艺参数自动化控制所需的精度,并且该测量系统有效地 避免了人工长时间目测造成的劳动强度大以及由于主观因素造成误差较大的缺点。