狭缝光阑面积高精度测量技术

为了达到在0.4 ? 1.0 ?m波段实现绝对不确定度0.05%以内、相对稳定性0.03%/年的太阳绝对光谱辐照度观测,在太阳绝对光谱辐照度仪研制过程中,入射狭缝光阑的面积需要实现高精度的测量。设计了激光扫描法和通量比较法相结合的测量方法。测量中以激光-积分球系统作为光源,用高精度Trap探测器接收信号,无需基准光阑,同时突破了激光扫描法测量中对小尺度光阑的限制。对标称为7 mm×0.1 mm光阑面积的测量中,相对不确定度为4.5× 10-4。     

基于可调谐激光器的太阳光谱辐照度仪定标方法

太阳光谱辐照度仪是利用棱镜分光技术对太阳直射辐射进行连续光谱测量的新型仪器,为了实现高精度观测要求,开展了基于可调谐激光器的系统级定标方法研究。使用激光导入积分球产生的均匀辐照度场作为定标光源,利用标准辐照度探测器作为传递标准,将低温绝对辐射计的辐射标准传递到太阳光谱辐照度仪。在仪器的870 nm波段进行了定标实验,与标准灯法、Langley法得到的定标系数进行比对,偏差分别为2.84%和4.08%,验证了该方法的可行性。根据不确定度评估规范,这种定标方法的不确定度优于0.882%,可以用于高精度的太阳光谱辐射观测。     

太阳光谱辐照度仪波长扫描设计北大核心CSCD

针对当前气候变化对太阳光谱辐射的观测需求,为精确监测太阳光谱辐照度,研制了波长扫描型太阳光谱辐照度仪。该太阳光谱辐照度仪主要由光谱测量单元和波长扫描单元组成,其中波长扫描单元作为色散光谱的精密定位机构,是保障仪器测量精度的关键。为此,设计了基于小型交流伺服电机的波长精密扫描定位装置,采用定时器主从方式控制电机旋转,并利用STM32驱动线阵CCD工作,结合CCD检测的光斑质心位置与预设位置的偏差进行闭环控制,闭环控制精度小于2个像元宽度。最后,对线阵CCD的质心位置检测的重复性以及扫描定位装置的稳定性进行测试,测试结果表明CCD质心位置检测的标准差为0.0693,最大偏差不超过0.3像元宽度,系统运行时闭环精度小于2个像元宽度,满足波长扫描的重复性和稳定性要求。     

关于太阳辐射与气候实验任务的综述

美国航空与航天管理局(NASA)地球观测系统(EOS)的太阳辐射与气候实验(SORCE)任务由装在小卫星上的四台仪器执行,这四台仪器在1nm～2000nm的波长范围内测量太阳的总辐照度和光谱辐照度。太阳辐照度是地球大气中的主要能源,地球大气中的许多化学过程和动力学现象都是因太阳辐照度而发生的。因此,SORCE的测量结果将为美国航空与航天管理局的EOS计划提供必要的条件以深入了解气候系统中的这一主要变量。在5年或者更长的周期内,SORCE将以6小时的节律提供关于太阳总辐照度和光谱辐照度的科学数据。SORCE研究组将研究太阳辐照度有多大的变化、这种变化对地球大气有何种影响以及太阳的磁结构如何改变其辐照度。 SORCE的四台仪器是总辐照度监测仪(TIM)、光谱辐照度监测仪(SIM)、太阳恒星辐照度比较实验(SOLSTICE)和超紫外光度计系统(XPS)。总辐照度监测仪是一台有源空腔辐射计,它在结构上同以前的VIRGO、ACRIM和ERBS等空腔辐射计差不多,但在传感器和电路的设计上却有明显的改进。总辐照度监测仪将提供可直接写成太阳辐照度单位的太阳总辐照度测量结果,测量的绝对精度为0.01％,相对精度为每年0.001％。光谱辐照度监测仪是一台费里棱镜光谱仪,它把一个电代换辐射计作为参考探测器,把Si光电二极管和InGaAs光电二极管     

太阳光谱辐照度仪自动跟踪装置的设计与测试

为了实现太阳光谱辐照度的高精度观测,提出了视日运动轨迹和光电跟踪相结合的太阳自动跟踪方案,详细论述了视日运动跟踪计算原理和基于四象限探测器的跟踪装置设计。为检测该装置的跟踪精度,设计了基于线阵CCD探测器的跟踪精度检测系统,并开展了室外观测实验。测试结果表明,太阳跟踪精度为±0.030°,稳定性优于1.4%,所设计的太阳跟踪装置在跟踪精度和稳定上均能够满足太阳光谱辐照度观测的高精度跟踪要求。     

复合热像法定量测量红外激光辐照度分布

为解决红外摄像法测量激光辐照度分布难以定量的问题,结合红外摄像法和量热法,提出了复合热像法的测量方案,研制了一套激光辐照度时空分布测量原理性样机,测量了2 000 W级Nd:YAG激光的辐照度分布。结果表明：利用漫反射屏上安置少量量热式激光能量探头的方式可以实现基于红外摄像法的绝对定标测量,通过红外漫反射数据与能量探头数据的归一化处理,可以得出红外激光辐照度的时空分布的定量结果。该样机系统为国内首创,并成功应用于红外强激光的辐照度定量测量。     

太阳紫外光谱辐射计的研制及丽江外场实验

为了实现对太阳直接光谱辐照度的地基观测,研制了一台用于测量太阳直射光谱辐照度绝对值的扫描式紫外光谱辐射计,工作波段250～400nm,通过太阳跟踪器及二维转台等设备实现地基观测时对太阳的自动跟踪.以NIST标准光源标定了这台光谱辐射计光谱辐照度响应度,定标误差2.4%.在云南丽江地区(26°52'N,100°13'E)开展的地面太阳直射紫外光谱辐照度观测试验进一步检验了仪器的性能.结果表明:时间、云量和大气气溶胶等因素对抵达地表的太阳直射紫外光谱辐照度有直接的影响.     

星载臭氧垂直探测仪地外太阳紫外光谱测量

介绍了国内外星载太阳紫外光谱辐射计的研究进展,对我国自行研制的星载臭氧垂直探测仪的结构和功能进行了简介。它是一种小型化、高精度的紫外-真空紫外光谱辐射计,可在轨测量获得160～400nm地外太阳绝对光谱。给出了星载臭氧垂直探测仪实测的地外太阳紫外光谱并对其精度进行了分析。误差分析表明,160～250nm地外太阳绝对光谱的测量不确定度为±6.4%;250～400nm为±5.2%。将臭氧垂直探测仪在轨观测结果与国际同类仪器进行了比对,一致性优于±5%。     

利用恒星对天文观测系统光轴平行性检校

基于地基天文观测系统光轴平行性的校验需求,建立了一套高精度多光轴平行性检测系统。针对具有成像光谱仪的天文观测系统,将恒星作为点光源,利用天文跟踪系统完成对恒星星象及相应光谱数据的同步采集。在光谱维视场中,成像光谱仪不易准确地确定恒星的位置,该检测方案利用赤道仪控制系统和成像光谱仪狭缝视场的特点,对恒星目标进行一维扫描,将成像光谱仪接收到的恒星能量随着扫描位置进行拟合来确定光谱维视场中心,通过高斯拟合法来计算光学仪器之间光轴的平行性偏差。试验结果表明:测量结果不确定度为1.52,该检测系统结构简单,满足成像光谱仪和其它成像仪器野外高精度快速检测光轴一致性的要求。     

星载激光告警系统的背景辐射特性研究

阐述了星载激光告警系统在空间环境下的各种背景辐射源的辐射特性,以400 km的低轨道侦察卫星的激光告警系统为例,建立了各种辐射源在宿主星位置处的光谱辐照度模型,并进行了数值计算;假定告警系统告警波长为1.315 μm,探测器工作波段为1～3 μm,计算了各辐射源在宿主星位置处对应1.315 μm波长的光谱辐照度和1～3 μm波段内的总辐照度,并进行了比较分析,结果表明:星载告警系统的主要背景辐射源为太阳和地球,它们在告警波长处的光谱辐照度分别为39.9 mW/cm~2,10.9 mW/cm~2,在1～3 μm波段内的总辐照度分别为38.9 mW/cm~2,10.35 mW/cm~2,在实际工作中应采取研究专门的背景抑制技术对太阳辐射和地球辐射进行有效抑制.     

六陌辖尉俦感器件

太阳辐射测量将对预测长期的气候变化提供重要依据.为了获得更加精确的太阳辐出度数据,研制微型化、高精度的绝对辐射计是今后太阳辐射探测的重要研究方向.介绍了目前研究的几种典型的太阳辐射传感器件,重点阐述了几种常用的热电型辐射探测器,对它们的特点进行了分析和比较.     

用MFRSR仪器观测气溶胶光学厚度

气溶胶对激光大气传输有着重要的影响。MFRSR(多光谱旋转遮蔽影带辐射计)是一种用于地基辐射和气溶胶测量的仪器。该仪器使用自动旋转影带技术同时在七个波段交替进行总的水平辐射和漫射水平辐射测量,然后推算得出直接辐射。其中6个波段的中心波长分别是414.3nm,495.3nm,613.7nm,671.5nm,867.6nm,939.3nm,还有一个硅探测器进行宽波段太阳总辐射测量。本文首先介绍了MFRSR仪器及其定标和资料处理方法,然后利用香河观测站2004-2005年MFRSR观测资料,分析了气溶胶的统计特性。为了说明利用MFRSR观测气溶胶光学厚度的可靠性,我们将MFRSR与AERONET的观测结果进行了比较,结果表明二者在500nm、670nm和870nm三个波段的平均偏差分别为-0.021,-0.009,-0.004;标准差分别为0.067,0.051,0.050。文中还对造成二者偏差的原因进行了讨论。     

An inexpensive pointing and tracking system using TV cameras and an optical fibre beacon

An optical pointing and tracking system incorporating opto-electronic components is described. The technique uses fast hardware based methods for tracking a beacon of laser light, where the focused spot is maintained in the centre of the TV camera image. The equipment was originally designed for use with a laser line-of-sight communication system for the control of a mobile vehicle, but can be easily used in many other tracking applications such as navigation, target acquisition and optical measurement systems. The system is designed to operate at short ranges from 1–20 m and has a positional accuracy of 0.1 mm or better at 10 m operating distance.     

International comparison of the SIAR measurement and the WRR standard

We experimentally compare the solar irradiance absolute radiometer (SIAR) measurement with the world radiometric reference (WRR) standard to improve the accuracy of instrument. The SIAR joined in the international pyrheliometer comparison (IPC) in 2000. The comparison results show that the calibration factors for SIAR to WRR are 0.999 220, 1.001 694, 0.998 334 and 0.997 439 in the 9th IPC, the 10th IPC, the 11th IPC and the 12th IPC, respectively. These results are added to the measurement uncertainty budget of SIAR. The repeatability of the SIAR-type absolute radiometers is also investigated. The relative error introduced by two SIAR-type absolute radiometers is within 0.25%.     

连通管式光电挠度测量系统及其大桥监测应用

介绍了连通管挠度测量系统的基本原理,阐述了实际的挠度监测系统的构成,并将该系统应用于大佛寺长江大桥的挠度监测中。测量结果表明,光电挠度测量系统的监测数据能够有效地反映桥梁结构挠度变化,测量范围和测量精度分别可达400mm和0．1mm。     

基于光学三角形法的太阳帆板平面度测量系统

介绍了一种采用斜光学三角形测量结构和基于虚拟精密测量基准的太阳帆板平面度无接触测量系统及其误差补偿方法。提出的虚拟精密基准的建模与误差补偿技术 ,解决了在非精密基准上实现精密测量的问题 ,研制的系统利用现有平台可实现对太阳帆板平面度的高精度测量。测量结果表明 ,系统对面积为 2 5 81mm× 175 5mm太阳帆板的平面度测量精度达 0 .0 2mm(rms)。     

可见到近红外波段整层大气透过率的测量

通过测量太阳辐射值计算整层大气透过率的方法简单易行且精度高。利用自行研制的整层大气透过率仪测量可见到近红外波段的太阳直接辐射连续光谱,在可靠定标的基础上,推算出实际天气条件下的整层大气光谱透过率。利用Langley—plot方法对整层大气透过率仪进行标定,得到了仪器标定结果和不同时刻整层大气透过率随波长变化的曲线。将计算得到的整层大气透过率与太阳辐射计PGS-100的测量和MODTRAN计算的结果分别进行了比较,发现有较好的一致性,从而证明整层大气透过率仪设计合理,测量数据可靠。