本期栏目 2022, 42(6)

MORE

第42卷 第6期

发刊词下载:569次
作者单位
摘要
光学学报
2022, 42(6): 0600000
作者单位
摘要
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, 安徽 合肥 230031

大气环境污染不仅影响气候变化,还严重威胁人类的生命健康。在“双碳”背景下,温室气体减排和大气污染治理具有显著的协同性,二者同根同源,都涉及大气成分的变化。大气环境问题的解决依赖于环境监测技术的发展。光学监测技术以其强扩展性和非接触、高灵敏、探测目标广的技术特点,在大气环境立体监测领域优势明显,且成为环境监测技术发展的主导方向。目前研究人员已基于卫星平台、地基平台和移动平台发展出了差分吸收光谱技术、激光雷达技术、光腔衰荡光谱技术、傅里叶变换红外光谱技术、可调谐半导体激光吸收光谱技术和气体扩张激光诱导荧光技术等一系列成熟的大气环境光学监测技术。此外,大气环境多平台天空地一体化立体监测技术在减污降碳中发挥了重要作用。推动监测设备的国产化及通过学科交叉融合促进监测技术走向立体化、自动化和智能化应用成为未来大气环境光学的主要发展方向。

光谱学 立体监测 减污降碳 天空地一体化 spectroscopy stereoscopic monitoring pollution and carbon reduction space-air-ground integration 
光学学报
2022, 42(6): 0600001
作者单位
摘要
西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048

云宏微观参数的探测对云物理和气候变化研究具有重要意义。激光雷达是实现云宏微观参数高时空分辨率探测的有效的重要科学仪器。回顾和总结了激光雷达在云参数探测中的主要技术及其研究进展,讨论了激光雷达在云探测研究中的不足和局限性及目前在云探测应用中亟待解决的关键问题,展望了激光雷达未来在云探测中的应用潜力,并提出了研究思路与方案。内容涉及云检测和云相态识别的多波长及偏振激光雷达和云内温度、湿度、风速风向与垂直气流探测等激光雷达技术与方法,分析讨论了云系降水潜力探测的激光雷达应用案例。激光雷达对于探测初生云团及稀薄云层具有较好的穿透性及精细探测优势,但对于强对流云等厚云层,需将其与其他探测手段如微波雷达等联合观测,并开展多源数据融合技术研究,以实现云全生命周期的精细化监测。随着激光与光电子技术和大数据及人工智能技术的发展,激光雷达技术日趋成熟,面向业务化应用所需的系统稳定性、可靠性及探测能力的激光雷达产品将越来越受到气象与环境领域行业专家的关注,并将在云探测领域中发挥越来越重要的作用。

大气光学 激光雷达 云宏微观参数 云相态 综合观测 atmospheric optics lidar cloud macro- and micro-parameters cloud phase comprehensive observation 
光学学报
2022, 42(6): 0600002
作者单位
摘要
1 中国科学院空天信息创新研究院, 遥感科学国家重点实验室, 北京 100010
2 中国科学院大学, 北京 100049

云是地球辐射收支、水循环和生物化学循环的主要调节者。自1960年人类第一颗气象卫星(TIROS)的发射起,被动卫星遥感已经发展成为获取云观测资料最高效的手段之一。被动卫星具有观测范围大、时间跨度久的特点,其中利用可见至红外波段(0.40~15 μm)的遥感成像仪相对高光谱成像仪、微波成像仪具有时空分辨率更高的观测优势。首先,针对极轨卫星多光谱成像仪、多角度偏振成像仪和新一代静止卫星成像仪三类载荷概述了被动卫星基于可见至红外波段的观测特点。然后,介绍了包括云检测、云相态、云顶参数、云光学和微物理参数的观测原理和应用方法。最后,通过总结和展望为被动卫星可见至红外资料的云特性遥感研究提供一些思考。

遥感 云遥感 微观特性 宏观特性 被动光学卫星 云反演算法 remote sensing cloud remote sensing microscopic properties macroscopic properties passive optical satellite cloud inversion algorithm 
光学学报
2022, 42(6): 0600003
作者单位
摘要
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室, 吉林 长春 130022
2 自然资源部第一海洋研究所, 山东 青岛 266061
3 西安交通大学电子科学与工程学院, 陕西 西安 710049
4 湖南大学电气与信息工程学院, 湖南 长沙 410082
5 中国人民解放军63921部队, 北京 100000

针对溢油、赤潮等典型海洋生态环境污染和灾害,传统监测手段在海雾、耀斑、复杂光照等复杂海况干扰下存在“看不远”“辨不出”“认不清”三大难题。通过对比多种光学监测手段的优缺点,提出“光谱+偏振+红外探测”的多维度光学监测方法,梳理了典型海洋目标多维特性生成、传输、获取、处理与识别反演方法的现状与不足,提出了海洋目标多维度光学信息获取机制、复杂海况下多维度光学特性生成机理和传输演化机理、海洋目标多维度高分辨信息解混、重构与增强方法,以及目标识别反演方法等5个重点发展方向,指明了技术路线和解决途径,设计了多维度光学监测系统总体方案。最后,在室外开展了5种溢油种类、2种赤潮优势种的定性和定量化可控试验,利用偏振探测实现了油种的分类和赤潮优势种的区分,这为机载多维度高分辨海洋光学监测系统的深入研究与应用奠定了基础。

大气光学 多维度 溢油 赤潮 光学监测 atmospheric optics multi-dimension oil spills red tides optical monitoring 
光学学报
2022, 42(6): 0600004
李嘉晋 1,2廖然 1,2,*马辉 1,2,**
作者单位
摘要
1 清华大学深圳国际研究生院, 广东 深圳 518055
2 广东省偏振光学检测与成像工程技术研究中心, 广东 深圳 518055
海洋中各种微小颗粒物无处不在,它们与海洋物理过程、化学过程、生物和地质沉积等几乎都有关联,尤其在海洋碳循环中起着不可忽视的作用。但长期以来人们对海洋颗粒物的原位观测技术,以及对观测数据的细致分类仍不能满足需求。偏振光散射测量对散射颗粒的粒径、形态和亚细胞层次的微观结构特征十分敏感,测量结果可用于对复杂的海洋颗粒物结构特征甚至海洋生物的生理状态进行定量表征和细致分类。实现偏振光散射的原位动态监测已经在海洋环境监测领域展示出诱人的应用潜力。简单介绍海洋颗粒物的检测方法,重点介绍基于偏振光散射的颗粒物细致分类方法和初步应用,并对其未来的发展方向进行展望。
散射 偏振光 海洋颗粒物 细致分类 复合测量 海洋碳循环 scattering polarized light marine particles fine classification multi-modality measurement ocean carbon cycle 
光学学报
2022, 42(6): 0600005
作者单位
摘要
1 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环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
为保障大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)二级反演数据的有效性和可靠性,需长期监测仪器在轨辐射定标准确性和稳定性。首先,根据EMI在轨测量的太阳光谱和星下点辐亮度,计算了南极洲和格陵兰岛永久冰雪地面选定数据区域的表观反射率时间序列,并建立了太阳天顶角和表观反射率的4阶双向反射分布函数(BRDF)模型。然后,利用4阶BRDF模型对2018~2020年的表观反射率数据序列进行归一化处理,得到了表征EMI定标准确性和稳定性的指标。结果表明,基于BRDF模型得到的表观反射率预测值与实测值相关系数高于0.9;用BRDF模型对表观反射率进行归一化处理后,得到的仪器辐射定标不确定度范围为2%~5%;UV2、VIS1通道两年总衰减的范围为-0.5%~0.5%,VIS2通道的两年总衰减约为1.9%,即EMI在轨运行两年间的辐射响应稳定性较高。
大气光学 大气痕量气体差分吸收光谱仪 大气表观反射率 双向反射函数分布模型 辐射定标精度 辐射定标稳定性 atmospheric optics environmental trace gases monitoring instrument top of atmosphere reflectance bidirectional reflectance distribution function model radiometric calibration accuracy radiometric calibration stability 
光学学报
2022, 42(6): 0601001
作者单位
摘要
海军大连舰艇学院军事海洋与测绘系, 辽宁 大连 116018
卫星水深反演作为声学测量的一种补充手段在争议岛礁区发挥着重大作用。但由于实测水深数据的缺失和多光谱影像可见光波段数的限制,传统经验模型和半解析模型都无法使用。为此针对只有3个可见光波段的遥感影像,提出一种不需要实测水深数据的自适应经验半解析模型。新模型根据联合半解析模型和两种经验模型得到的部分像素水深,协同自适应线性比值模型可以确定出最终结果。使用Sentinel-2影像(空间分辨率为10 m)在甘泉岛和浪花礁对AESM、Log_ratio模型和L-S(Log-ratio and Semianalytical)模型展开测试,将计算结果与水深数据进行比对。结果表明,新模型的均方根误差(RMSE)在甘泉岛和浪花礁分别为1.14 m和1.55 m,反演精度稍优于使用200个水深数据训练的Log_ratio模型,相比于同样不需要水深数据的L-S模型,RMSE分别减少了0.12 m和1.25 m。
海洋光学 海洋测深 Sentinel-2 无水深控制点 自适应计算 oceanic optics bathymetry Sentinel-2 no in situ data adaptive computing 
光学学报
2022, 42(6): 0601002
巫阳 1,2,4罗涛 2,3,4,*刘常瑜 2,3,4,5张坤 1,2,4[ ... ]饶瑞中 1,2,3,4
作者单位
摘要
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
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大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
4 先进激光技术安徽省实验室, 安徽 合肥 230037
5 安徽建筑大学环境与能源工程学院, 安徽 合肥 230601
通过改装多旋翼无人机 (UAV ) 和搭载各类载荷以及联合地基观测设备对大柴旦地区大气、环境以及气溶胶参数进行测量。利用获得的数据资料,对该地区近地层气溶胶粒子数浓度(即单位体积空气中气溶胶粒子的数目)、消光系数以及气象要素等特征进行了分析。结果表明,在大柴旦地区,近地层气溶胶粒子数浓度日变化显著,呈现双峰形态,气溶胶粒子数浓度的变化范围为75~220 cm -3,消光系数的变化范围为0.004~0.038 km -1;当风速小于6 m/s时,气溶胶粒子数浓度与风速呈负相关关系;当风速大于6 m/s时,二者呈正相关关系;相对湿度对气溶胶粒子的影响较小,这可能是由于该地区以沙尘型气溶胶为主,吸湿性较弱。本研究基于多旋翼无人机探测平台,可以有效地获得近地层精细化大气、环境结构,有助于研究人员了解该地区气溶胶的结构、变化特征以及建立气溶胶模式,同时也为气溶胶及大气环境参数探测方法提供了技术支撑及思路拓展。
大气光学 大气气溶胶 无人机 近地层 气溶胶粒子数浓度 气象要素 atmospheric optics atmospheric aerosol unmanned aerial vehicle near-surface layer number concentration of aerosol particles meteorological element 
光学学报
2022, 42(6): 0601003
肖懿哲 1,2王桂芬 1,2,*徐文龙 1,2姜龙 1,2[ ... ]张银雪 1,2
作者单位
摘要
1 河海大学自然资源部海洋灾害预报技术重点实验室, 江苏 南京 210098
2 河海大学海洋学院, 江苏 南京 210098
3 江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 江苏 镇江 212100
基于2018年5月27日—31日长江口邻近海域的海洋科学综合调查,利用船载走航式表观光谱观测系统进行了定点及连续光谱测量,结合快速多参数水质仪和声学多普勒流速剖面仪同步观测结果,研究了悬浮颗粒物(SPM)的高频变化特征及其影响因素。研究结果表明,长江口邻近海域SPM浓度存在高频变化特征,且受潮汐作用影响显著。在退潮周期内,其浓度在定点站位内有明显的先上升后下降过程,且浓度高值与高流速相对应。断面走航观测显示,SPM在短时间内变化特征存在明显的空间差异。在水深较浅的区域中局地再悬浮过程的作用明显,且SPM浓度与流速之间有着良好的对应关系,而在水深较深、离岸较远的区域中SPM浓度的变化则可能与长江冲淡水过程相关。
海洋光学 悬浮颗粒物 走航光谱测量 高频变化 oceanic optics suspended particulate matter underway spectral measurement high-frequency variation 
光学学报
2022, 42(6): 0601004
梁婧 1张国玉 1,2,3,*张健 1,2,3崇伟 1,4[ ... ]运志坤 1
作者单位
摘要
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 吉林省光电测控仪器工程技术研究中心, 吉林 长春 130022
3 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
4 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
透射式能见度仪的校准结果无法溯源到世界气象组织对气象光学视程(MOR)的定义,如何实现MOR定义中2700 K白炽灯的光谱模拟已成为透射式能见度仪定标技术亟待解决的关键问题,故对透射式能见度仪定标光源的光谱模拟方法进行了研究。首先,从理论上分析了光谱不匹配对透射式能见度仪定标的影响,建立了满足透射式能见度仪定标精度要求的光源光谱分布判别依据,得出透射式能见度仪定标光源的光谱模拟误差应优于±5.5%的结论。然后,基于一种数字微镜器件(DMD)的透射式能见度仪定标光源系统,在遗传算法基础上,提出了一种基于无余均分机制的光谱模拟方法,以均分800列DMD微镜阵列面为前提,通过不断均匀划分DMD阵列面的方式增加光谱拟合单元数量,实现了2700 K绝对色温的光谱模拟。最后,测试了20,50,80个基础光谱拟合单元对应的定标光源的光谱分布,并进行了不确定度分析。测试结果表明,80个基础光谱拟合单元对应的定标光源光谱模拟误差为±5.3%,扩展不确定度为4.04%。
大气光学 透射式能见度仪 能见度 定标光源 光谱模拟 atmospheric optics transmissometer visibility calibration light source spectral simulation 
光学学报
2022, 42(6): 0601005
方付平 1,2,3胡恒 1,2鄢朋朋 1,2李兆洋 1,2[ ... ]舒嵘 1,2,3
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室, 上海 200080
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200080
3 中国科学院大学, 北京 100049
合成孔径激光雷达具有成像分辨率与探测距离无关的特点。与微波相比,激光波长至少小3个数量级,因此能实现更高分辨率的成像,但是波长更短时成像更容易受系统自身引入的相位误差的影响,从而导致成像模糊。为了消除该误差对成像的影响,提出采用光学锁相环(OPLL)技术抑制编码合成孔径激光雷达的系统随机相位噪声。在发射端,激光信号经编码信号驱动的电光调制器调制后用于探测目标;在接收端,对接收到的回波信号与本振光进行正交解调。所提出的基于OPLL的编码合成孔径激光雷达工作在1550 nm波段,调制带宽为1.25 GHz,脉冲重复频率最高可达1.2 MHz/s。实验结果表明,在没有OPLL时,系统随机相位波动大于100 rad,采用OPLL后,系统内部相位稳定度优于0.1 rad,大幅度提高了系统自身的相位稳定度和方位向合成成像精度。
相干光学 合成孔径雷达 光学锁相环 误差传递函数 相位稳定度 coherent optics synthetic aperture radar optical phase-locked loop error transfer function phase stability 
光学学报
2022, 42(6): 0603001
作者单位
摘要
1 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站, 吉林 长春 130117
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室, 江苏 南京 210008
通过两台光电望远镜对空间目标共视观测能够定位空间目标,并且能够解决光电望远镜短弧测角数据的初轨确定问题,但其定位精度与空间目标和两台光电望远镜所形成的观测几何有关。首先对空间目标共视观测定位误差进行分析,然后推导其均方根误差的解析表达式,最后基于长春站和上海佘山站并结合不同轨道高度的低轨激光星CPF(Consolidated Prediction Format)星历生成仿真共视观测数据,用来对空间目标共视观测定位以及定轨精度进行分析。结果表明,两台光电望远镜对低轨空间目标的定位精度能够达到100 m,利用定位数据进行初轨确定可以得到轨道的半长轴误差小于10 km。
探测器 光电望远镜 空间目标 共视观测 初轨确定 detectors photoelectric telescope space objects common-view observation initial orbit determination 
光学学报
2022, 42(6): 0604001
作者单位
摘要
1 陆军工程大学通信士官学校, 重庆 400035
2 中国科学院国家天文台, 北京 100101
3 中国人民解放军78092部队, 四川 成都 610036
针对起伏地形环境下紫外光非直视通信路径损耗大、站点选址难的问题,提出了基于数字高程模型(DEM)的紫外光非直视传输的最佳收、发仰角求解方法。依托紫外光非直视单次散射模型,研究了路径损耗与收、发仰角之间的关系。针对不同地形原始DEM数据,通过插值提高分辨率,并提出了切线传输方案。采用顺序遍历法对收、发端位置及仰角变化对通信系统路径损耗的影响进行了研究。仿真结果表明,路径损耗在[10°,80°]收、发仰角区间内为增函数。在使用反距离加权插值法提高数据分辨率后,路径损耗值相较原始数据分别降低了0.014 dB、0.043 dB和0.385 dB。当按切线传输方案布设时,通信系统路径损耗值最小,设计的仿真程序可为收、发端站点科学布设提供支持。
光通信 紫外光 单次散射模型 起伏地形 路径损耗 optical communications ultraviolet light single scattering model rugged terrain path loss 
光学学报
2022, 42(6): 0606001
作者单位
摘要
西安理工大学激光雷达遥感研究中心, 陕西 西安 710048
为了研究云滴谱的离散度与云微物理参量之间的相关性,提出了基于现场可编程门阵列的短脉冲调制激光、高分辨率显微光学系统和同轴数字全息干涉术相融合的观测技术,该技术探测云滴粒子的最小尺寸为2 μm,还可以获得完整的云滴谱谱宽数据。在膨胀云室中连续三天的不同气溶胶数浓度下,开展了生消过程中云滴粒子的三维位置与直径的观测,利用观测结果计算了云微物理参量。进一步分析了云滴谱的离散度与云微物理参量在生成与消散过程中的正相关关系。通过比对不同气溶胶数浓度条件下云滴谱离散度的分布情况,得到了随着云滴数浓度的增多,离散度的取值范围会逐渐减小,且离散度相对拟合线的离散性降低的结论。
全息 数字全息 脉冲数字全息干涉术 云滴谱离散度 云微物理 holography digital holography pulsed digital holography interferometry dispersion of cloud droplet spectrum cloud microphysics 
光学学报
2022, 42(6): 0609001
作者单位
摘要
东北林业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
受到测量方法的限制,现有的辐射校准系统只能在小-中型红外成像模拟器光学系统的透过率发生变化时实现辐射测量,无法在大型红外成像模拟器的视场光阑发生变化时实现辐射测量。针对大型红外成像模拟器部分仿真状态无法评估的问题,提出基于成像/光强变化响应的测量方法,并设计新型红外辐射校准系统。系统研制完成后,针对红外成像模拟器多辐射参数测量的需求,提出多参数标定方法进行系统标定。系统的辐射照度为6×10 -10~7×10 -4 W/cm 2,工作波段为2.05~2.55 μm和3.70~4.80 μm,测量不确定度为1.88%。最后,利用新系统校准大型红外成像模拟器在不同仿真状态下的输出辐射。校准结果表明,新方法和新系统可以使大型红外成像模拟器在全仿真状态下实现多参数测量。
成像系统 红外成像模拟器 红外辐射校准系统 成像/光强变化响应 多参数标定 imaging systems infrared imaging simulator infrared radiation calibration system imaging/light intensity change response multi-parameter calibration 
光学学报
2022, 42(6): 0611001
作者单位
摘要
1 福州大学物理与信息工程学院, 福建 福州 350108
2 福州大学机械工程及自动化学院, 福建 福州 350108
光在透过散射介质后发生散射现象,在成像系统焦平面形成无序的随机散斑图像,因此人们无法直接观测到隐藏在散射介质后的目标的图像信息与光谱信息。利用基于光学记忆效应的散斑相关成像技术,可以实现透过散射介质的目标重建,但当前研究主要针对单波段照明条件下的图像信息恢复,而目标的光谱信息在成像过程中易丢失。提出采用快照式微滤光片阵列多光谱探测器进行多光谱散射成像的方案,通过实验得到宽谱氙灯光源照明条件下的穿透散射介质成像结果。提出了基于光学记忆效应的穿透散射介质目标多光谱信息重构方法,实现了对隐藏在散射介质之后的目标多光谱信息的探测成像。针对多光谱探测器所造成的成像质量差的问题,提出了利用自相关预处理方法提升穿透散射介质多光谱成像质量的方法。
成像系统 散斑相关成像 快照式多光谱探测器 光学记忆效应 散射介质 imaging systems speckle correlation imaging snapshot multi-spectral detector optical memory effect scattering medium 
光学学报
2022, 42(6): 0611002
池杲鋆 1,2,3汪杰君 1李孟凡 2,3,*胡亚东 2,3[ ... ]洪津 2,3
作者单位
摘要
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
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, 安徽 合肥 230031
3 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
云相机用于对目标区域进行云识别和云覆盖率的判别,其采用阈值法进行云判。为满足云判的准确性,确定探测器响应值与辐亮度之间的关系尤为重要。以云相机采用的基于拜耳阵列的面阵彩色CCD相机为研究对象,分析其成像过程,发现其红(R)、绿(G)、蓝(B)通道的辐射响应光谱存在重叠;以此为基础,建立了多通道CCD探测器辐射响应定标模型。针对云相机使用的R和B通道,使用747 nm LED和443 nm LED作为积分球的光源,设置光谱辐亮度的最小值、典型值、最大值,在单光源条件下进行云相机的绝对辐射响应定标实验以确定相应的绝对辐射响应系数,在双光源条件下验证了提出的辐射响应定标模型的正确性。该方法消除了探测器响应混叠带来的定标不确定性,有效提高了绝对辐射定标的准确度。
测量 云相机 CCD相机 辐射定标 绝对定标 measurement cloud camera CCD camera radiometric calibration absolute calibration 
光学学报
2022, 42(6): 0612001
作者单位
摘要
1 中国科学院西安光学精密机械研究所检测技术研究中心, 陕西 西安 710119
2 中国科学院西安光学精密机械研究所空间精密测量重点实验室, 陕西 西安 710119
3 中国科学院大学光电学院, 北京 100049
分析了传统光电经纬仪脱靶量修正模型和多视场拼接光电经纬仪的特点,基于坐标变换原理,推导了成像系统具有大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量修正公式。依据上述脱靶量修正公式和目标模拟器指向,逆向推导了大照准差和零位差的光电经纬仪脱靶量计算公式,结合实际成像系统脱靶量信息,解算成像系统的指向校正系数。经实验验证表明,该方法突破了传统畸变修正模拟的局限性,适用于多视场拼接光电经纬仪的成像系统指向校正。针对大照准差为11.26°和大零位差为18.08°的2×3外拼接阵列测量系统,采用多成像模块外拼接型光电经纬仪系统的指向校正方法,得到水平和垂直的指向误差均小于1/5 pixel。
测量 光电经纬仪 脱靶量 指向校正 视场拼接 measurement photoelectric theodolite target deviation pointing calibration field of view stitching 
光学学报
2022, 42(6): 0612002
王璐 1,2,3殷高方 1,3,*赵南京 1,3,**甘婷婷 1,2,3[ ... ]方丽 1,3
作者单位
摘要
1 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
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
可变荧光量与藻类活体细胞数有良好的相关性,然而在浮游藻类种类、尺寸及生长周期等条件不同的情况下,藻类单细胞的可变荧光量存在明显差异,直接利用可变荧光强度计算藻类活体细胞数将存在很大误差。因此,提出了一种基于可变荧光统计学分布的水体藻类活体细胞数分析方法。根据子样本细胞数的分布形状与可变荧光量一致的特点,利用可变荧光量的分布形状直接计算样品中藻类活体细胞数。研究结果表明,在浮游藻类单细胞的可变荧光量变化44倍的条件下,基于可变荧光统计学分析方法计算的活体藻细胞密度与显微镜的镜检结果基本一致,两者线性拟合的相关系数在0.93以上,相对误差绝对值的平均值在5.98%~16.94%之间,说明所提方法基本解决了藻类单细胞的可变荧光量对活体藻细胞计数结果的影响。
生物技术 藻类 活体细胞数 可变荧光 随机抽样 统计分布 biotechnology algae viable cell number variable fluorescence random sampling statistical distribution 
光学学报
2022, 42(6): 0617001
作者单位
摘要
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240

基于单片集成收发芯片搭建了一个透镜辅助光束扫描的激光雷达系统。基于硅基集成技术设计了一个单片集成收发芯片,片上集成了一个1×4的光开关以及2×2的收发器阵列。收发器由中间的一个光栅发射器以及周围的U形光电探测器构成。实验证明,光开关具有5.4 μs左右的响应时间,收发器具有0.3 A/W的光电流响应。结合研制的具有300 ns响应时间的扫描电控装置,搭建了调频连续波激光雷达系统,并在1 m范围内进行了测距实验。

光学器件 激光雷达 调频连续波 现场可编程门阵列 光束扫描 optical devices lidar frequency modulated continuous wave field-programmable gate array beam scanning 
光学学报
2022, 42(6): 0623001
作者单位
摘要
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
当激光束经过透明散射介质时,通常会产生散斑光场。利用反馈波前调控技术对入射光束的相位进行主动调控,可将散斑整形成聚焦光斑。当存在强噪声干扰时,已有的反馈控制算法大多存在调控效果不理想的问题,故提出一种适用于强噪声环境的基于基因梯度粒子群算法的反馈波前调控方法。该方法不过分依赖以往的优化信息,而是结合梯度快速搜索和基因交叉突变功能来实现噪声环境下对激光束的调控。通过与传统算法进行比较,分析基因梯度粒子群的初始参数(调整因子、变异率和交叉率等)和搜索能力对调控效果的影响。结果表明,在明亮室内的强背景杂散光噪声下,基因梯度粒子群算法能在较少的迭代次数下实现更好的聚焦效果。
物理光学 基因梯度粒子群 反馈波前调控方法 相位补偿 散射成像 physical optics genetic gradient particle swarm feedback wavefront manipulation method phase compensation scatter imaging 
光学学报
2022, 42(6): 0626001
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 北京市遥感信息研究所, 北京 100192
基于反射率基法的大面积均匀场替代定标是目前常见的在轨定标方法,国内均匀场数量少,反射率偏低,定标频次与精度都受到限制。灰阶靶标法已经实现了在均匀场环境下的高精度辐射定标,但如何突破大面积均匀场单一环境背景限制实现高频次定标,依然是当前的难题。在经典辐照度基法的基础上,提出了适用于灰阶靶标的改进辐照度基法,分析讨论了复杂环境下的在轨辐射定标方法,并对某光学卫星开展了实验验证。结果表明,提出的改进辐照度基法与反射率基法的最大差别小于3.5%,可实现复杂背景环境下的在轨辐射定标,为我国光学卫星高频次、高精度在轨辐射定标提供了技术途径。
遥感 辐射定标 灰阶靶标 辐照度基法 remote sensing radiometric calibration gray-scale target irradiance-based method 
光学学报
2022, 42(6): 0628001
何玉青 1,**姜梦蝶 2胡秀清 3,*刘明奇 1[ ... ]胡奇 1
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室, 北京 100081
2 中国电子科技集团公司第二十八研究所, 江苏 南京 210007
3 中国气象局国家卫星气象中心, 北京 100081
辐射传递链路的偏振灵敏度会影响中分辨率光谱成像仪(MERSI)遥感观测数据的精度及其后续应用,故需要对其偏振灵敏度进行反演、分析及定量去除以提高辐射定标的精度。针对在轨后的MERSI,选择洋面场景这一偏振度较大的区域,通过对卫星观测数据和环境数据进行预处理,基于海洋表面三维波浪斜坡的概率密度模型和菲涅耳反射定律来描述海表辐射状态,利用6SV辐射传输模拟工具来分析大气对偏振辐射状态的影响,将其与海表辐射状态耦合可得到大气顶偏振辐射状态,实现了对MERSI偏振辐射特性的反演。实验分析了MERSI在特定波段的偏振辐射特性,发现其偏振度随着卫星天顶角的变化呈现不对称分布,反射率误差随着卫星天顶角及偏振度的变化基本比较稳定;分析了MERSI在不同观测几何、风速风向下偏振敏感性的变化规律。
遥感 偏振 中分辨率光谱仪 海表辐射 大气顶 偏振敏感性 remote sensing polarization MERSI sea surface radiation top of atmosphere polarization sensitivity 
光学学报
2022, 42(6): 0628002
作者单位
摘要
国家卫星气象中心, 北京 100081
选取中国西北地区10个典型的用于辐射定标及仪器性能追踪的辐射定标场,在卫星过境时利用地面手持光谱仪和低空无人机(UAV)同步观测反射率光谱,系统比较了多个场地的反射率光谱差异,并开展了多个场地的光谱特征分析和参数建模研究。同一个场地一天内不同时间的光谱形状变化很小,光谱角小于5°,光谱幅度的变化主要受太阳天顶角和大气状况的影响,光谱幅度在不同天的同一时刻变化很小。不同场地的光谱形状和幅度差异较大。同一场地不同观测尺度下的光谱曲线基本吻合。通过分析发现,当波长小于1100 nm时,所有沙漠场的光谱曲线形状与三角反正切函数曲线相似。基于反正切函数进行地表反射率光谱建模,各场地实测光谱与模拟光谱的均方根误差均在0.6%以内,相关系数均在0.99以上,表明四参数光谱模型能够准确地描述沙漠场的反射率光谱。用模型计算的地表反射率替代场地实测的地表反射率进行FY-3D中分辨率光谱成像仪(MERSI)场地定标,可以发现,与基于实测光谱计算的结果相比,利用该模型得到的MERSI各个波段的相对偏差小于3%,表明构建的沙漠四参数反射率光谱模型可以很好地应用在MERSI的定标中。
遥感 地表反射率光谱 沙漠定标场网 反正切函数 光谱建模 remote sensing surface reflectance spectrum desert calibration site network arctangent function spectral modeling 
光学学报
2022, 42(6): 0628003
作者单位
摘要
1 南京信息工程大学大气物理学院, 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学精细化区域地球模拟和信息中心, 江苏 南京 210044
3 中国气象局人工影响天气中心, 北京 100081
4 国家卫星气象中心, 北京 100081
为了定量评估对数正态谱分布假设对水云光学厚度(COT)与有效粒子半径(Re)反演的影响,利用欧洲中期数值天气预报中心建立的RTTOV(Radiative Transfer for TIROS Operational Vertical Sounder)模式,对比模拟了基于对数正态谱和修正Gamma谱两种云滴谱分布下FY-4A/AGRI(Advanced Geosynchronous Radiation Imager)的第2、5通道液态水云的反射率,分析了这两个谱分布假设条件下水云反射率随COT以及Re的变化特征。在此基础上,建立了两种谱分布条件下的COT和Re查算表,并基于2020年夏季的一个初生对流云个例,定量分析了云滴谱分布类型对云参数反演结果的影响。结果表明,在第2通道,两个云滴谱类型假设下计算的反射率仅有0.1%~2%的差异,但在第5通道,采用修正Gamma云滴谱计算的反射率比采用对数正态云滴谱计算的反射率低10%~20%。反演结果表明,采用对数正态云滴谱反演的有效粒子半径Re比采用修正Gamma云滴谱反演的Re整体偏大,前者反演的Re集中在15~35 μm,而后者反演的Re集中在10~30 μm。采用两种云滴谱反演的COT的空间一致性良好,相差-2%~5%。
遥感 云滴谱 RTTOV FY-4A 云光学厚度 有效粒子半径 remote sensing cloud droplet spectrum RTTOV FY-4A cloud optical thickness effective particle radius 
光学学报
2022, 42(6): 0628004
作者单位
摘要
1 国家卫星气象中心, 北京 100081
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像重点实验室, 上海 200083
干涉式红外探测仪(GIIRS)是我国地球静止轨道气象卫星风云四号B星的主要载荷,可观测大气上行红外高光谱辐射,因此可应用于大气温湿度廓线反演和数值天气预报模型同化。为了预测GIIRS在发射后的工作性能,于发射前在地面试验室热真空环境中采用黑体定标试验的方法,对仪器辐射性能进行了测试,测试的性能包括仪器灵敏度、辐射定标精度和动态观测范围。其中,长波红外通道的噪声等效辐射方差低于0.5 mW/(m 2·sr·cm -1),中波红外通道的噪声等效辐射方差低于0.1 mW/(m 2·sr·cm -1),两者均达到灵敏度设计指标。在辐射定标方面,经过非线性校正,长波光谱的平均定标偏差从1 K减小到0.2 K,且在220~315 K观测范围内达到0.7 K的设计指标;仪器在中波通道观测低温目标时受噪声影响较大,但在260~315 K的动态范围内,定标偏差也能够达到0.7 K的指标要求。
光谱学 傅里叶变换光谱学 静止轨道气象卫星 红外高光谱 辐射定标 仪器灵敏度 非线性校正 spectroscopy Fourier transform spectroscopy geostationary meteorological satellite infrared hyperspectrum radiometric calibration instrument sensitivity nonlinearity correction 
光学学报
2022, 42(6): 0630001

推荐查阅

    

 

    

 

    

 

微信交流群

 

↑扫描添加编辑微信申请入群

(备注:姓名+学校+CLP SAME

 

群共享:学术资源 最新资讯 期刊发文 投稿指南 论文写作