太阳辐射计视场角有限步长扫描定标方法研究

作     者：杨久春 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李保生;李正强

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：CE318太阳—天空辐射计 视场角 光路仿真 传递定标 矩阵扫描 

摘      要：太阳辐射计是研究气溶胶光学特性的重要地基遥感设备之一,其定标精度是气溶胶信息定量化的基础和前提,而视场角(Field Of View,FOV)是太阳辐射计的关键参数,在传递定标和室内积分球定标过程中发挥着重要作用。基于地基气溶胶观测网SONET(Sun/sky-radiometer Oberservation NETwork),对其定标及仪器的关键参数FOV展开研究。本文主要阐述SONET观测网仪器CE318的定标原理,推导各个通道定标系数计算公式,分析传递定标与立体角之间的关系以及立体角与视场角之间的转换关系。从理论和实验的归一化对比结果表明,光源与FOV的重叠面积与仪器响应之间具有一致性。针对FOV实际测量中存在的问题,深入研究仪器的光路结构,根据光路中各元件之间的关系,计算相关参数,建立光路模型,得到了仿真数据;对仿真数据和以激光为光源的扫描测量数据对比分析,结合实验测量数据,提出视场角计算的新方法。基于以上理论分析与模拟仿真,设计传递定标实验和以675nm激光为光源的矩阵扫描实验,分别以间接测量和直接测量两种途径获取了近20台仪器的FOV。其中,通过传递定标方式获得的FOV,其相对精度范围在.78%586.3,而以激光为光源的矩阵扫描测量获得的FOV,其取值范围在31.15.1??,相对精度范围在.02%229.1。此外,对近20台仪器2年传递定标的FOV均值和矩阵扫描测量的FOV均值进行比较,其相对误差最大不超过2.50%。虽然传递定标获得的FOV相对误差偏大,但在历史传递定标次数较多的情况下,通过平均可以得到相对准确的FOV,同时也说明矩阵扫描在新的计算方法下,其值具有相对较高的可信度。总体来说,三种方法各有优劣,可以相互验证、相互补充,以获得更加准确的仪器视场角参数。