1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
针对较强天光背景下基于暗弱钠导星的大气波前畸变像差实时探测需求，本文提出了一种综合滤波的主动式波前探测技术，完成了对该技术的理论分析、参数设计及探测能力预估，并将该技术应用于传统哈特曼波前探测器，开展了基于钠导星的大气波前畸变像差探测实验。在约10 W/（m2·sr）的天光背景条件下，实现了基于钠导星同步采样大气波前畸变像差的实时探测。本工作对实际钠导星自适应光学系统应用的工作时段扩展进行了有益尝试。
自适应光学 钠导星 天光背景 波前探测
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 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, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
3 合肥市农业行业首席专家工作室, 安徽 合肥 230031
4 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
太阳光在地球大气传输过程中产生的散射会呈现出固有的偏振特性，因此利用大气散射偏振态分布特性及其与太阳照射几何以及地表观测几何之间存在的对应关系，为地球大气层内导航提供了可能。然而因气象变化造成的大气组分改变会直接影响光散射分布，从而影响基于偏振态分布的方向定位精度，因此在偏振导航实际应用过程中，其方向指引精度受大气状况影响较大。为研究不同气象条件下天空偏振态变化内在机理，研制了一台天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪。该仪器可按需进行定时段、定天区、多天候天空光谱偏振态测量，采用分时偏振同时分谱非成像测量体制。仪器主要由偏振分析模块、偏振检测方位定位驱动电机、微型光谱仪、GPS定位模块、嵌入式采集控制模块、二维载重转台等部分组成，光谱范围为390～960 nm，光谱分辨率为1.5 nm，观测视场为3°，光谱线偏振度测量精度优于98.85%，偏振角测量精度优于0.1°，单点观测时间小于9 s。经实验室定标和外场测试，表明该仪器可在多种气象条件下稳定观测天空光谱偏振态，其测量数据可用于天空偏振态影响机理相关研究。
天空光 散射 偏振测量 气溶胶 光谱 skylight scattering polarimetry aerosol spectrum 大气与环境光学学报
2024, 19(1): 111
1 合肥工业大学计算机与信息学院，安徽 合肥 230601
2 安徽建筑大学电子与信息工程学院，安徽 合肥 230601
针对现有大气偏振模式理论模型单独考虑太阳或月亮的影响，无法充分描述晴朗天气下黎明和黄昏过渡期间天空偏振模式的问题，提出了一种曙暮光影响的大气偏振模式建模方法。该方法引入太阳和月亮的影响，以太阳和月亮位置求解的Stokes矢量为基础，同时考虑了实际天空中大气粒子多次散射的因素，对Stokes矢量优化；分析太阳和月亮对大气偏振模式的影响，确定了太阳和月亮的影响权重；利用偏振角表征大气偏振模式。结果表明，所提模型的仿真结果与实测偏振角具有相同的分布和变化特性，且保持着较高的相似度，能够有效地表征曙暮光影响的大气偏振模式。
大气偏振模式 曙暮光 Stokes矢量 偏振角 偏振光导航 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0501002
中山大学（珠海校区）国家航天局引力波研究中心 天琴前沿科学中心 天琴中心&物理与天文学院 “天琴计划”教育部重点实验室，广东 珠海 519082
为分析天琴计划激光测距台站卫星激光测距探测能力，设置单脉冲能量（平均功率）分别为0.15 mJ（0.015 W），0.4 mJ（0.04 W）和4 mJ（0.4 W）对同步轨道卫星qzs2、compass i3和compass i5分别于夜晚和白天进行激光测距实验。理论方面，分析了白天天光背景噪声强度，并结合雷达方程计算了不同平均功率条件下卫星激光测距的有效回波率，重点分析了平均功率对卫星激光测距探测能力的影响。实验方面，固定望远镜俯仰角（E=50°），旋转望远镜测量不同指向时的天光背景噪声强度。采用探测效率为60%（@1064 nm）的超导探测器阵列，并结合空间滤波、时间滤波和光谱滤波的方法抑制背景噪声，开展了小功率白天卫星激光测距。分析得到，白天对同步卫星激光测距的最小功率为0.04 W，夜晚对同步卫星激光测距的最小功率为0.015 W。天琴计划激光测距台站已具备白天和夜晚全时段常规卫星激光测距能力，将为今后天琴计划引力波探测卫星全时段激光测距奠定基础。
卫星激光测距 平均功率 探测能力 天光背景噪声 satellite laser ranging average power detection capability skylight background noise
1 中国计量大学 光学与电子科技学院, 杭州 255000
2 科技部微纳制备与光电子检测国际科技合作基地, 杭州 310018
以纳米二氧化钛(nano-TiO2)为原料, 选取六偏磷酸钠(SHMP)、曲拉通X-100(Tritor-X-100)、聚乙二醇(PEG)400、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)做分散剂, 采用超声手段在去离子水中制备得到nano-TiO2分散液。通过UV-Vis分光光度计测量样品的吸光度, 分析了超声时间、分散剂种类与浓度对样品稳定性的影响, 并对样品的光学性能进行检测。研究结果表明: 加入SHMP, 超声处理35min可获得吸光度维持在0.1左右的稳定nano-TiO2分散液, 且在LED光源(CCT=10000K)照射下, 可以实现模拟天空光照射环境的瑞利散射效果。
人工天窗 瑞利散射 人体节律 纳米二氧化钛 表面活性剂 artificial skylight Rayleigh scattering human body rhythm nano-TiO2 surfactant
1 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院, 桂林 541004
2 桂林电子科技大学 广西光电信息处理重点实验室, 桂林 541004
3 桂林电子科技大学北海校区 海洋工程学院, 北海 536000
为了避免常用的天空光偏振模式测量仪器中鱼眼镜头所引起的图像边缘区域扭曲的缺点, 采用手机相机和线性偏振片相结合的方法, 进行了理论分析和实际验证, 得到了大气偏振模式的分布情况和中性点位置的数据。结果表明, 实际测量的中性点区域与理论仿真的结果间高度角的偏差为2.4°±2.6°,方位角的偏差为1.4°±0.8°, 证明了测量方法的可行性, 随着天空中云层的增加, 天空光偏振分布图像会发生扭曲, 但仍然可以确定中性点位置, 为天空光偏振仿生导航提供了参考。该研究可用来确定太阳位置、实现自身定向及导航定位, 并且具有易操作、便携等优点, 在一定程度上降低了天空光偏振仿生导航的成本, 提高了民用价值。
散射, 中性点, Rayleigh散射, 大气偏振模式 scattering neutral points Rayleigh scattering skylight polarization pattern
1 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079
2 自然资源部国家卫星海洋应用中心, 北京 100081
3 Easy Ocean Technology Ltd., Halifax, B3H 1N4, Canada
精确的现场水体光谱特性测量与分析是水色遥感领域亟待解决的重要基础问题。 传统的剖面法、 水面之上法等水体光谱现场测量方法无法直接测得离水辐亮度(Lw), 后处理过程比较复杂, 不确定性较大。 天空光遮挡法(SBA)实现了对水体离水辐亮度的直接测量后处理流程相对简单, 能较好地避免传统现场光谱测量方法的许多不确定因素。 但目前为止, 国际上还没有成熟的基于SBA方法的水体光谱测量系统, 因此基于SBA方法开展新型水体光谱测量系统研制与测试具有重要的理论与现实意义。 作者在系统分析SBA水体光谱现场获取原理的基础上, 介绍了首套基于SBA方法的漂浮式水体光谱测量系统的研发情况, 详细阐述了其硬件结构设计及系统单元设置情况。 通过2017年9月20日珠江口(113°32′38″E, 22°25′43″N)的系统现场测试分析验证了该系统分钟级高频次连续水体光谱采集能力。 该系统实现了连续直接观测得到离水辐亮度和入射辐照度进而计算得到遥感反射率(Rrs)的功能, 其变异系数均小于5%, 将系统观测结果与Maya2000 Pro同步观测获得的遥感反射率对比, 表现出良好的一致性, 证明了该系统采用SBA方法进行水体遥感反射率测量的有效性。 连续观测实验证明了该系统水体遥感反射率测量的稳定性以及快速跟踪水体光学特征变化的能力。 论文指出了基于SBA漂浮式水体光谱测量系统发展起来的漂浮式光学浮标(FOBY)在自阴影评估与校正、 数据质量控制、 数据高频获取、 浮标姿态记录、 多要素联合观测、 长时序大范围组网等方面存在的问题及未来发展前景。 综上所述, 基于SBA方法研发的漂浮式水体光谱测量系统能实现水体光谱的高频观测, 以及水体光学特性的快速变化动态跟踪, 有助于提高现场测量与卫星遥感数据的匹配效率; 基于该系统, 在建立传感器观测网的基础上可以获取水体光谱大数据集, 有利于大幅提高各种卫星数据水色遥感应用潜力。
天空光遮挡法 离水辐亮度 漂浮式水体光谱测量系统 漂浮式光学浮标 水色遥感 Skylight-blocked approach Water-leaving radiance Water spectral measurement system The floating optical buoy(FOBY) Water color remote sensing 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2756
长春理工大学空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
基于矢量辐射传输方程的基本理论,考虑不同性质云层和不同海雾浓度的影响,将现有简化的两层大气结构细化为三层进行处理,采用倍加累加方法仿真天空光经过多层大气环境的散射过程,基于Rayleigh散射和Mie散射算法分别对每层粒子分布特性进行描述,建立适用于不同典型海洋环境下天空光的偏振分布模式。在太阳子午线位置处,研究海面观测高度角与下行辐射偏振特性的变化关系,研究结果表明,天空光偏振度随观测高度角呈规律性变化,随着云层和海雾粒子的增大及光学厚度的增加,偏振度逐渐增大。本研究为复杂海洋环境下垂直探测时天气环境及观测位置的选择提供了理论参考。
大气光学 辐射传输 倍加累加法 多层海雾环境 天空光 偏振特性 光学学报
2020, 40(22): 2201001
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
研制了一款具有太阳跟踪和全天空扫描功能、基于直流无刷力矩电机的两维伺服转台, 该转台能在水平360°、俯仰180°两个自由度上达到10′′ 的定位精度,可满足全自动跟星观测 的跟踪精度要求。转台使用适用于低温环境的力矩电机及其他相应低温器件,可在－40～50?°C环境下正常工作,以满 足野外应用的需求。紧凑和轻量化设计使转台具有便携性。转台的控制系统采用基于ARM9架构的宽温开发板,板内移植了Linux 内核,内核支持多种功能模块的添加,有利于转台后期的功能完善和改进。转台既能在上位机软件控制下运转,也能在自身内部程 序引导下单独工作,搭载微型光纤光谱仪探测组件可用于天光背景辐射的光谱扫描测量。
大气光学 转台 力矩电机 天光背景 atmospheric optics turntable torque motor skylight background ARM ARM
