建立了气溶胶单粒子的偏振散射实验装置,采用T-matrix方法模拟球形粒子和长形粒子的光散射计算, 讨论了偏振强度因子(Pf)和穆勒矩阵元素(Z11、Z12)随粒径、形状的变化关系,结果表明,球形 粒子和杆状粒子的Pf和Z12随着粒径的增大存在明显差异。通过对单分散的气溶胶颗粒 物样品的实验测量,得到不同样品的Pf值和Z12。实验结果表明,以油酸粒子的Z12为基准, 差值ΔZ12=12可以作为球形的油酸粒子和长形的核黄素以及石棉纤维的区分阈值, ΔZ12 介于12～41主要为核黄素粒子, ΔZ12达到59时粒子可被认为是长形的石棉纤维粒子, 而立方形的NaCl气溶胶粒子的ΔZ12与油酸粒子非常接近,难以区分。初步实验表明,穆勒矩阵 元素Z12可以用于识别长形粒子,该研究为颗粒物形态的偏振测量提供依据。

为研究不同气象条件下近地面层湍流大气对光传输到达角起伏的影响,在校园内一块较平坦草地上开展了光传输实验。 采用半导体激光器作为光源,传输60 m至接收端,使用焦距为1300 mm的望远镜接收后由CCD相机采集光点灰度图片。 根据灰度图片上光点位置计算传输路径上的大气湍流折射结构常数C2n以及垂直、水平两个方向到达角 (Angle of arrival, AoA)起伏方差的比值。同时测量了传输路径附近的温度、风速等气象数据,计算稳定 度参数Richardson数。结果表明, Richardson数大于临界值0.25时,垂直、水平到达角起伏方差比值均 大于1.0; Richardson 数小于0.25时,垂直、水平到达角起伏方差比值在1.0左右起伏。由此可以看到, 稳定层结条件下,湍流表现为各向异性特征;不稳定层结条件下,湍流表现为各向同性特征。

利用战略高空辐亮度代码(Strategic high-altitude radiance code, SHARC) 和通用大气辐射传输代码 (Combined atmospheric radiative transfer, CART) 模拟分析中高层大气临边红外辐射的算法适用范围。 通过模拟结果的对比,初步验证了CART临边模式的有效性。模拟结果表明,在主要的红外波段上,至少45 km以 下的平流层区域内临边红外辐亮度的计算都可以采取局域热力学平衡模式(Local thermodynamics equilibrium, LTE);不同的红外波段在不同的大气条件下,需要采用非局域热力学平衡模式 (Non-local thermodynamics equilibrium, non-LTE)的高度不同,其中15 μm波段在至少80 km的切点 高度以下都可以使用LTE模式模拟,但是对于CO2 4.3 μm带主导的3～5 μm波段和O3 9.6 μm带 主导的8～12 μm波段,在中间层的多数区域内就必须采用non-LTE模式。

采用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(Dual pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)技术分析铝合金中微量元素含量,详细研究了共线双脉冲光谱信号强度与 双脉冲间时间延迟的关系,最佳延时为8～9 μs。在该延时条件下,双脉冲光谱信号强度比单脉冲光谱 信号强度增强了10倍以上。分别采用双脉冲激光诱导击穿光谱和单脉冲激光诱导击穿光谱(Single-pulse laser induced breakdown spectroscopy, SP-LIBS)技术,得到了以Cu I 324.75 nm, Cr I 425.43 nm 谱线为分析线 的定标曲线。与采用单脉冲激光诱导击穿光谱技术相比,铝合金中 Cu和 Cr的检测极限分别由单脉冲时的169.5 和94.5 μg/g降低至双脉冲时的21.46 和4.26 μg/g。

硒化铅(PbSe)中红外探测器是CO气体检测仪中的核心部件,其响应率会随温度变化。对中红外探测器进行精确的温度控制 可以有效地改善系统稳定性,提高检测系统信噪比。首先分析了 PbSe探测器温度特性,根据CO检测仪设计指标提出了温控 系统的高稳定性要求;介绍了热电制冷器(Thermoelectric cooling, TEC)的工作原理;提出了基于温湿度控制芯 片ADN8830的温度控制方案并设计了输入电桥电路、TEC功放电路和PID补偿电路。根据设计方案搭建了实验测试系统 在室温环境下进行测试。测试结果表明:该温控系统应用于大气CO浓度检测仪器可在30 s内进入稳定状态,且1 min内 温度波动小于±0.02℃,优于CO检测仪1 ppm精度指标所需的温度波动不大于±0.1℃的要求。

为满足卫星图像仿真信息全要素、多专题、分层存储管理的需要,构建了集高光谱影像、高分辨率彩色图像、 热红外影像、高光谱波谱信息、大气环境信息、GPS信息为一体的艇载低空遥感数据管理系统。该系统首先 根据测量系统数据量大、类型多样、时间跨度长的特点,提出了一种移动存储模型,利用Oracle支持二进制大 字段(Binary Large OBject, BLOB)的优势,采用数据分区迁移技术,实现多源、海量图像信息的集成和移动 存储。在此基础上,以VC++作为前台应用程序开发工具,OLE自动化服务器(Oracle objects for OLE, OO4O) 作为中间访问接口, Oracle作为后台数据库管理系统,实现了艇载低空遥感测量系统信息的全面描述和有效 管理,为卫星图像仿真和多源遥感数据定量化应用提供了一个综合化、专业化的数据共享平台。

云和气溶胶探测激光雷达(Cloud-aerosol lidar with orthogonal polarization, CALIOP)能够发射532 nm 和 1064 nm 两种波长激光脉冲,主要用于大气中云和气溶胶的探测。532 nm激光脉冲在海洋表面有很好的穿透性,能获得海表以下的 后向散射信号。利用CALIOP数据对直接提取水下信号和瞬态响应校正提取水下信号两种方法进行对比研究。首先,反演 得到海洋次表层水下信号,进而反演海洋颗粒物后向散射,并与中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)反演的颗粒物后向散射进行对比。颗粒物后向散射差值的均值分别为0.0035、0.0027; 标准偏差分别为0.4004、0.0042。表明校正方法反演的颗粒物后向散射与MODIS反演颗粒物后向散射更为接近。

风云三号B星(FY-3B)中分辨率光谱成像仪(Medium resolution spectral imager, MERSI)的两个短波红外波段(1.64和2.13 μm) 采用光伏碲铬汞探测器,由于辐冷问题导致短波红外波段探测器的实际工作温度远高于设计值,影响了其在轨辐射特性。 对处于高温工作状态的FY-3B MERSI短波红外波段的长时间序列在轨辐射特性进行了较为系统的研究分析。采用冷空观测和 遥测温度时间序列数据开展了工作温度对遥感器响应的影响分析,发现短波红外波段的冷空值与探测器温度之间存在正 相关关系。采用线性模型描述仪器响应的温度依赖性,获得了温度校正因子；温度每变化1度, 1.64和2.13 μm波段冷空观 测值分别变化约0.7%和5%。进行温度校正后,冷空观测时间序列的波动显著降低。采用全球多目标定标方法获得了 短波红外波段的在轨辐射响应变化,在参考温度下,2011年11月至2016年12月,1.64和2.13 μm波段的总衰减分别 约为6%和11%。通过与Aqua中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution imaging spectroradiometer, MODIS)的 多年交叉比对分析,发现不管是否在定标过程中进行温度校正,采用基于长时间序列趋势建模的日定标更新后MERSI 与MODIS的辐射偏差较为稳定,可以满足7%的定标指标要求。

面阵CCD及线阵CCD不能胜任海洋目标观测的要求,选用具有高信噪比高灵敏度的时间延迟积分CCD(Time delay integration CCD, TDI-CCD)作为 探测器并实现其驱动电路。在图像采集过程中,TDI-CCD探测器使用两个读取端口输出。 该探测器驱动电路产 生TDI-CCD和A/D的驱动时序。CCD的模拟输出信号被A/D采样,转换成可被计算机识别 的数字信号。采用FPGA作为主控芯片,产生驱动时序,接收被A/D转换过的数字信号, 并发送图像至计算机。利用相关双采样(Correlated double sampling, CDS)技术滤除TDI-CCD模 拟输出信号的相关噪声,提高信号的信噪比。现场可编程门阵列(Field programmable gate array, FPGA)代码在ISE14.7下进行仿真,实验表明,研制的TDI-CCD驱动电路能够产生CCD要求的驱动时序。

为了将偏振光谱强度调制(Polarization spectral intensity modulation, PSIM)技术应用于室外目标 的偏振遥感测量,在PSIM偏振光谱仪实验室搭台实验基础上,开展了PSIM实验样机一体化集成设计。 首先,将由格兰泰勒棱镜和两块高阶石英晶体延迟器构成的调制器按照原理要求集成安装成一个组件, 再将该组件安装到光栅光谱仪的光学头部,完成PSIM偏振光谱仪系统的硬件一体化设计。利用交互式数据 语言(Interactive data language, IDL)程序设计语言编写程序,将文件读写、数据处理及结果显示等功能 集成在统一的用户界面中,实现了PSIM偏振光谱仪系统数据处理算法软件的一体化设计。最后,通过测量 解析水平和垂直线偏振光的全Stokes矢量元素谱定性验证了实验样机的测量能力；利用偏振定标系统完成 了集成实验样机的偏振定标。实验数据处理结果表明：实验样机能够实现待测光全Stokes矢量元素谱的同步获取; 偏振定标盒输出光的全谱段偏振度值,实验样机的测量结果与理论输出结果间的最大误差约为0.003。实现了集成实验样机的设计目标。