为高精度监测太阳光谱辐照度变化, 设计一款高精度太阳光谱辐照度仪用于获得太阳光谱辐照度数据。该辐照度仪设计了三种光路完成性能指标, 其主光路用于测量光谱辐照度, 参考光路用于波长标定, 太阳跟踪光路用于室外精密跟踪太阳。详细介绍了辐照度仪主光路的设计, 主光路采用 Féry 棱镜进行色散与会聚, 辐照度仪入射狭缝通过 Féry 棱镜成像到棱镜焦平面。通过旋转棱镜, 在辐照度仪焦平面通过两个单元探测器获得 380～2500 nm 光谱辐照度。通过理论分析和实验验证, 在 380～2500 nm 光谱范围内仪器的光谱分辨率小于 40 nm。采用标准灯对太阳光谱辐照度仪进行光谱响应范围验证, 结果表明仪器的光谱范围满足测量需求。

激光雷达作为大气探测的有效手段之一, 逐渐向小型化、轻量化的趋势发展。针对激光雷达的功能专用性, 基于现场可编程门阵列 (FPGA) 对探测、采集系统进行了集成优化设计。逻辑中各模块之间通过握手协议和同步有限状态机有序配合完成数据链路的构建和传递。系统以 FIFO 作 为 ADC 的数据存储器, 通过 AXI 总线协议配合 Xilinx MIG IP 有序将 FIFO 的数据突发缓存到 DDR 中, 并且通过千兆以太网完成对采集数据的传输。该激光雷达数据采集卡集成光电倍增管增益控制和回波信号采集功能, 并采用兼容性硬件和逻辑设计, 具有集成度高、增益调节便捷且精度高、采集快速方便以及快速适配等诸多优点。

利用溶剂热法可控制备了具有不同质量比的还原氧化石墨烯/CuInS2 量子点 (rGO/CuInS2-QDs) 杂化材料。将 rGO/CuInS2-QDs 杂化材料与聚 (2-甲氧基-5-(2- 乙基己氧基)-1, 4-苯撑乙烯基) (MEH-PPV) 共混作为光活性层, 制备了石墨烯基杂化聚合物太阳能电池, 研 究了 rGO/CuInS2-QDs 杂化受体材料中 rGO 与 CuInS2-QDs 的质量比 (x) 以及聚合物给体材料 MEH-PPV 与 rGO/CuInS2-QDs 杂化受体材料的质量比 (w) 对器件性能的影响。结果表明, 光活性层复合膜中 rGO/CuInS2?(x=0.25) 杂化受体材料含量由 10% (w=9) 增加 到 17% (w=5) 时, 器件的电子收集效率 (ηc) 由 0.61 提高到 0.78, 使得器件的光电转换效率得到提高。

针对过冷云分布的探测, 设计了一种近红外机载偏振同轴微脉冲激光雷达系统。该系统采用波长 1550 nm 激光激励, 可有效减少云中小尺度气溶胶粒子的消光, 从而提高大尺度云粒子的探测距离和效率。通过非球形粒子的退偏比来甄别云粒子相态, 同时提出了云含水量的激光雷达反演算法, 并结合机载温度数据和对流层特征, 反演过冷云的空间分布。基于标准大气模型和机载仪器的云粒子谱数据, 仿真分析了不同激励波长偏振微脉冲激光雷达在两种对流层云中的探测性能, 结果表明下层云中的探测距离约为 1.1 km, 而上层云中的探测距离可达 1.5 km。

针对激光制导**当前面临着激光有源干扰而难以发挥其应有作战效能的现实, 提出了双波长多模智能协同激光制导方法和具有强抗干扰能力的激光制导技术。基于激光制导**国内外发展现状及其发展趋势, 提出 1.06 μm 脉冲激光、0.808 μm 连续波调制激光与北斗卫星导航系统 (BDS) 的双波长多模智能协同制导的总体构想。该方案通过多模智能协同制导攻击、双波长多模激光同一化探测和多模激光制导抗干扰技术实现双波长多模激光制导, 1.06 μm 脉冲制导阶段采用随机脉冲编码防破译抗激光欺骗干扰, 0.808 μm 连续波调制激光制导采用窄带滤波、相关检测等方法抗阳光反射干扰。所提方案提升了现有激光制导**的制导性能、抗干扰能力以及智能探测与识别攻击目标能力。

为建立完善的熔石英元件吸收缺陷检测体系, 有效提升熔石英元件的抗激光损伤阈值, 设计了一套熔石英损伤特性原位测量装置, 包括光热扫描测量与拉曼光谱测量两部分。实验表明, 该装置不仅可以对熔石英样品的定点损伤特性进行测量, 同时可以通过二维光热扫描测出样品的吸收特性和缺陷分布。此外, 通过该装置的显微拉曼光谱测量模块可实现在辐照过程中对缺陷所致拉曼带的原位测量, 获取激光辐照过程熔石英材料改性的信息, 对有效控制和评价熔石英激光损伤特性具有重要意义。

为了实现某星载差分吸收光谱仪CCD驱动电路的FPGA在轨重构功能, 提出了一种基于STM32的星载FPGA在轨重构的地面验证方法。分析了实际的重构方案并提出地面实验方案, 从硬件设计和软件设计两个方面阐述了地面实验的总体方案。经过实验室测试验证,上位机发送和回读的数 据一致, STM32可以模拟JTAG协议实现加载配置数据至FPGA, 重构时间可缩短至800 ms。该方法的硬件和软 件设计被证明是合理可行的,可以完成对FPGA功能的修改。该方案可为CCD驱动电路的FPGA重构方法提供参考。

水稻是我国主要的粮食作物之一,重金属含量的检测对其安全性及品质具有 重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)有望克服传统方法检测耗时的缺点,实现水稻等作物植株中重金属含量的快速 原位定量检测。利用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对水稻叶片中的重金属镉(Cd)元素进行了分析。 由于不同的特征谱线对结果有不同影响,为获取更准确、稳定的分析结果,采用样品表面多点烧蚀的实验方法,讨论 了Cd I: 228.8 nm、Cd II: 214.4 nm和Cd II: 226.5 nm三条共振线对于定标曲线相关系数(R2)和预测结果的 影响。对比研究发现, 532 nm激光先于1064 nm激光进行激发,且两束脉冲时间间隔为0.5 μs时能够获取最好的 光谱强度;在三条分析谱线中, Cd I: 228.8 nm、Cd II: 214.4 nm和Cd II: 226.5 nm谱线的定标曲线R2值分 别为0.86、0.60和0.93, 原子谱线定量结果高于离子谱线; Cd I: 228.8 nm谱线预测相对误差 低于10%, 检测限是3.03 mg/kg。实验表明通过对LIBS检测条件的优化,可以实现对水稻叶片中的重金属含量的检 测。另外实验中所优化的光谱采集和特征谱线选择方法,也有望应用在不同农产品的重金属成分检测上。

为了研究机场排放对环境大气的影响,在2014年12月10日到16日,采用掩日通量遥测傅里叶红外技术(SOF-FTIR)对北京首都国际机场的乙烯(C2H4)、 己烷(C6H14)和一氧化碳(CO)排放进行了研究。分析了三种组份的特征浓度值及其变化趋势,结果表明三者的特征浓度值变化趋势上具有高度相关性；机场乙烯的平均柱浓度为13.18 ppm, 己烷的平均柱浓度为97.82 ppm, 一氧化碳的平均柱浓度为3065.56 ppm。通过结合国际民航组织发布的测量数据,得到该机场乙烯和己烷的排放量分别达到碳氢化合物排放总量的3.32%和66.96%。 文章结果表明,掩日通量遥测FTIR技术与ICAO的数据具有较好的一致性,为评估飞机排放提供数据支撑。

星载云-气溶胶激光雷达可精确获得全球云-气溶胶探测数据,利用干涉仪 窄带滤波器来探测大气中的云和气溶胶可以提高回波信号的信噪比,并可进行全天探测。根据星载激光雷达对使 用环境以及温度调谐的要求,选择固态标准具来实现所要求的干涉仪滤波器,对其材料的选择和结构的设计进行了 分析,在封装设计时增加了温控结构,并对固态标准具进行了热应力耦合分析。综合考虑工作温度和入射角度的影响, 给出最优的性能测试方案,根据方案测得固态标准具的温度调谐满足中心波长调谐范围。