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紫外遥感在深空探测领域的应用

紫外遥感在深空探测领域的应用

中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会

作者：张秉隆苏云郑国宪赵海博北京空间机电研究所

深空探测是未来航天活动的重要领域,随着对宇宙认识的逐步深入,深空探测任务对技术要求不断提高,探测手段越来越多样化,紫外遥感成为继可见光、红外遥感之后又一重要的探测手段,在行星大气观测、太阳观测、行星体紫外散射辐射特征探测... 详细信息

深空探测是未来航天活动的重要领域,随着对宇宙认识的逐步深入,深空探测任务对技术要求不断提高,探测手段越来越多样化,紫外遥感成为继可见光、红外遥感之后又一重要的探测手段,在行星大气观测、太阳观测、行星体紫外散射辐射特征探测方面有独特优势。国外深空探测活动中很早就开始使用紫外遥感载荷,紫外遥感技术扮演越来越重要的角色,我国目前还没有面向深空探测的紫外遥感载荷,本文调研整理了国外深空探测活动中用过的紫外载荷、并作了介绍,分析了紫外遥感在深空探测领域的技术发展趋势,为国内深空探测紫外遥感技术发展提供参考。

关键词：紫外遥感深空探测太阳观测月球探测金星探测火星探测

来源： cnki会议评论

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星载遥感仪器太阳漫透射板紫外辐照特性

光学学报 2014年第9期34卷 156-160页

作者：李博中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

空间遥感仪器的漫透射板受太阳真空紫外辐照而导致的半球透射率变化将影响仪器在轨辐射定标结果。分析了太阳紫外辐射光谱特点及漫透射板在轨工作的紫外辐照剂量，利用标准氘灯作为光源模拟太阳115～200nm的紫外光谱，在特定距离下对紫... 详细信息

空间遥感仪器的漫透射板受太阳真空紫外辐照而导致的半球透射率变化将影响仪器在轨辐射定标结果。分析了太阳紫外辐射光谱特点及漫透射板在轨工作的紫外辐照剂量，利用标准氘灯作为光源模拟太阳115～200nm的紫外光谱，在特定距离下对紫外熔石英漫透射板进行了辐照实验。太阳等效紫外辐照48h后，熔石英漫透射板半球透射率在250～1000nm波段产生了不同程度的衰减，其中，紫外波段半球透射率衰减程度略高，250nm处衰减约为3％，近红外波段衰减程度略低，i000nm处衰减约为I％，对漫透射板进行清洗后，半球透射率基本恢复到最初状态。实验结果初步表明，漫透射板表层污染是引起半球透射率衰减的主要因素，该结果将对空间遥感仪器太阳漫透射板防护、在轨定标与衰减修正具有重要意义。

关键词：紫外遥感太阳漫透射板紫外辐照半球透射率

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紫外航天遥感仪器的背景扣除与增益校正

数据采集与处理 2001年第z1期16卷 11-14页

作者：宋克非米宝永中国科学院长春光机所

针对星载紫外遥感仪器的长期稳定性和高测量灵敏度的要求,讨论了一种背景扣除技术——数字同步累加解调技术,实现了对太阳紫外光谱测量系统的背景噪声的实时扣除.采用了真空光电管和高精度稳流源实时校正光电倍增管及其放大器的增益,介... 详细信息

针对星载紫外遥感仪器的长期稳定性和高测量灵敏度的要求,讨论了一种背景扣除技术——数字同步累加解调技术,实现了对太阳紫外光谱测量系统的背景噪声的实时扣除.采用了真空光电管和高精度稳流源实时校正光电倍增管及其放大器的增益,介绍了实现该方法的电子学系统构成及设计中应注意的关键问题,比较了用该方法和常规方法所得的测量结果,证明该系统的测量灵敏度可比倍增管的暗噪声提高一个量级.

关键词：紫外遥感增益校正背景扣除同步累加解调

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空间紫外光学遥感技术与发展趋势

中国光学与应用光学 2009年第1期2卷 17-22页

作者：王淑荣李福田曲艺中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033

空间紫外光学遥感技术是除可见、近红外、热红外和微波遥感以外的一个具有突出优势的遥感领域,全球气候变化研究是目前国际上空间紫外-真空紫外光学遥感的热点课题。本文对空间紫外光学遥感的作用、国内外研究现状及发展趋势进行了综述... 详细信息

空间紫外光学遥感技术是除可见、近红外、热红外和微波遥感以外的一个具有突出优势的遥感领域,全球气候变化研究是目前国际上空间紫外-真空紫外光学遥感的热点课题。本文对空间紫外光学遥感的作用、国内外研究现状及发展趋势进行了综述和分析。介绍了一组紫外光学遥感仪器的功能和特点,给出了它们的主要性能参数;指出我国目前的工作重点是推进星载紫外光谱遥感仪器的应用、积累空间探测数据、建立反演算法等;而未来发展目标将是研制集天底、临边和掩星成像探测于一体的新一代紫外成像探测仪器,高精度观测全天候的整层大气密度和臭氧的三维分布,实时监测大气组分及化学成分(如O2、N2、NO、OH和O3)的变化及变化趋势,以及进一步拓展我国紫外光学遥感仪器的应用领域。

关键词：紫外遥感空间遥感大气成分综述

FY-3C卫星紫外臭氧总量探测仪的在轨替代定标

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光学精密工程 2019年第2期27卷 326-333页

作者：张卓王维和王后茂王咏梅中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 国家空间科学中心空间环境探测研究室北京100190 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室北京100190 国家气象局卫星气象中心北京100081 中国科学院大学天文与空间科学学院北京100049

风云三号气象卫星C星(FY-3C)搭载的紫外臭氧总量探测仪因太阳辐照度观测值异常而无法进行常规在轨星上定标,导致臭氧总量产品无法正常生成。在研究了风云三号气象卫星B星(FY-3B)TOU辐照度观测数据的特点以及仪器衰减规律后,结合FY-3C/TO... 详细信息

风云三号气象卫星C星(FY-3C)搭载的紫外臭氧总量探测仪因太阳辐照度观测值异常而无法进行常规在轨星上定标,导致臭氧总量产品无法正常生成。在研究了风云三号气象卫星B星(FY-3B)TOU辐照度观测数据的特点以及仪器衰减规律后,结合FY-3C/TOU辐照度和辐亮度实测数据,探索了基于晴空海洋像元观测值计算仪器的衰减系数法。本文选取受陆地气溶胶影响较小的热带太平洋海区,用矢量辐射传输模式模拟云量较小的像元对应的晴空辐亮度,比较观测值与模拟计算值,通过统计筛选晴空像元,估算FY-3C/TOU探测器随时间的衰减系数。在确定仪器衰减系数后对FY-3C/TOU历史数据进行处理,反演获得了全球臭氧总量并与WMO/WOUDC地基观测数据进行对比。结果表明,基于晴空辐亮度估算的仪器衰减系数进行的臭氧总量反演的均方根误差在5%以内。在星载紫外探测器星上辐射定标失败的时候,可以利用晴空海洋像元确定仪器的定标系数。

关键词：在轨定标紫外遥感臭氧总量风云三号紫外臭氧总量探测仪真实性检验

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空间探测用真空紫外光谱辐射计的校准

光学精密工程 2022年第7期30卷 765-772页

作者：孙红胜梁新刚马维刚王加朋林冠宇清华大学航天航空学院北京100084 北京振兴计量测试研究所北京100074 中国科学院长春精密光学机械与物理研究所吉林长春130033

为了实现115~200 nm的真空紫外光谱辐射计的校准,针对现有方法中校准源均匀性不高、量值传递链条长、校准波段下限不够的问题,设计了两种校准方法。基于标准漫反射板的校准方法中,研制了测量最低波段到115 nm的真空紫外双向反射分布函数... 详细信息

为了实现115~200 nm的真空紫外光谱辐射计的校准,针对现有方法中校准源均匀性不高、量值传递链条长、校准波段下限不够的问题,设计了两种校准方法。基于标准漫反射板的校准方法中,研制了测量最低波段到115 nm的真空紫外双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF)/双向透射分布函数(Bidirectional Transmittance Distribution Function,BTDF)测量标准部件;基于标准辐射计的方法中,提出了相应的真空紫外光谱辐射亮度传递标准设计方法,标准视场角为2°,在真空条件下完成了实验验证;提出了一种标准真空紫外漫透射器制备方法,对标准真空紫外漫透射器的空间分布特性进行了测量,该方法在±10°角度范围内具有良好的均匀辐射朗伯特性。建立了校准装置,分析了各自的量值传递链条和测量不确定度,表明基于标准辐射亮度计的方法中减少了BRDF测量不确定度分量,测量不确定度更优。利用校准装置对风云卫星上的载荷进行了校准,115~200 nm波段光谱辐亮度测量不确定度为12%(k=2),载荷在轨运行良好。真空紫外光谱辐射计校准方法和装置对空间真空紫外探测技术的研究和应用具有重要的意义。

关键词：紫外遥感真空紫外光谱辐亮度漫透射校准测量不确定度

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地球临边/天底同时探测的紫外环形成像仪

光学学报 2012年第12期32卷 146-152页

作者：于向阳王淑荣黄煜林冠宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 吉林大学机械科学与工程学院吉林长春130012

论述了地球临边及天底模式大气探测的原理,依据应用要求设计和研制出了具有全新探测模式的在近地球轨道能同时对地球临边和天底大气进行探测的紫外环形成像仪原理样机。该样机采用折反式光学系统,它的三个工作波段分别为285～295nm、305... 详细信息

论述了地球临边及天底模式大气探测的原理,依据应用要求设计和研制出了具有全新探测模式的在近地球轨道能同时对地球临边和天底大气进行探测的紫外环形成像仪原理样机。该样机采用折反式光学系统,它的三个工作波段分别为285～295nm、305～315nm和350～360nm,能实现地球临边(对应大气垂直高度0～120km)多方位以及天底10°视场角内的成像探测,其探测数据被用于反演大气辐射多方位的空间分布及动态结构。最后对该原理样机的310、355两个通道进行了性能评价。结果表明,其空间分辨率和信噪比均达到设计指标要求,满足空间紫外遥感的应用。

关键词：成像系统紫外环形成像仪光学设计紫外遥感多方位成像探测

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靶场紫外望远系统光学设计

中国激光 2014年第10期41卷 261-266页

作者：李博中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

紫外（UV）波段是靶场光电测量的重要方式,但紫外波段目标信号弱,可选取的光学材料很少,这都为高分辨率紫外观测带来了困难。设计的用于靶场的大相对孔径长焦距紫外望远系统解决了上述问题,利用折反系统与二次成像的方法获得F数2、焦长4... 详细信息

紫外（UV）波段是靶场光电测量的重要方式,但紫外波段目标信号弱,可选取的光学材料很少,这都为高分辨率紫外观测带来了困难。设计的用于靶场的大相对孔径长焦距紫外望远系统解决了上述问题,利用折反系统与二次成像的方法获得F数2、焦长400mm、视场1°、波段范围250～400nm的紫外光学系统。经过光学软件分析,望远系统各视场奈奎斯特频率（38lp/mm）调制传递函数（MTF）分别高于0.7。考虑到外场环境的适应性,进一步考察了望远系统在-40℃～60℃环境下的调焦量以及成像质量,分析结果表明,各温度下调焦后的奈奎斯特频率MTF均优于0.5,设计结果满足靶场设计指标与实际应用需求。

关键词：光学设计靶场测量紫外遥感紫外成像

紫外通道式太阳光度计大气臭氧柱浓度反演方法研究

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紫外通道式太阳光度计大气臭氧柱浓度反演方法研究

作者：钱聪聪安徽大学

学位级别：硕士

近年来,随着科技的发展和经济实力的提高,我国正面临着复杂的大气环境问题,臭氧作为大气污染物的来源之一,日益引起人们得重视。地基仪器对臭氧浓度的测量优势是易于对仪器进行维护和标定,并且地基仪器的臭氧观测资料稳定性和连续性高,... 详细信息

近年来,随着科技的发展和经济实力的提高,我国正面临着复杂的大气环境问题,臭氧作为大气污染物的来源之一,日益引起人们得重视。地基仪器对臭氧浓度的测量优势是易于对仪器进行维护和标定,并且地基仪器的臭氧观测资料稳定性和连续性高,对于某一地区的臭氧浓度变化研究具有很重要的意义。国际上典型的地基臭氧观测仪器Dobson、Brewer和UV-PFR均为通道式太阳光度计,相对于连续光谱,通道式太阳光度计仍然具有结构简单、可靠性高、低成本的优势。因此,本文着眼于紫外通道式太阳光度计,开展其探测波段选择、臭氧柱浓度反演等方面的研究,为紫外通道式太阳光度计的国产化应用提供技术支持。本文在此背景下,主要的研究内容包括以下几个方面:(1)提出了针对紫外通道式太阳光度计的臭氧反演算法,使用Pandora全球大气观测数据验证了算法的准确性。其次,总结了 Dobson、Brewer和UV-PFR反演臭氧所使用的波段,在Pandora全球大气观测数据中选取这些波段数据反演臭氧柱浓度,将实验结果与Pandora臭氧反演结果对比分析,获得了臭氧反演的最优波段318nm/332nm的单差对和(311nm/332nm)-(318nm/332nm)的双差对,为通道式紫外太阳光度计的通道优化和高精度臭氧反演提供依据。(2)臭氧大气质量数(AMF)是臭氧反演的重要参数之一,它的准确与否将直接关系到到地基仪器臭氧观测的精度。本文分析了臭氧AMF对臭氧反演的影响,发现:臭氧大气质量数的相对差异与纬度有一定的依赖性。在赤道低纬度附近臭氧AMF的相对差异值为负值,纬度越低差异性越大;相反随着纬度的增加,差异性变小。在南北纬35°左右,此时的差异性最小几乎为0,随着纬度的增加,负差异值变为正差异值且随之变大。臭氧大气质量数与臭氧的有效高度也存在关联,臭氧AMF相对差异值为零时臭氧有效高度为22km。当有效高度的值大于22km时,随着高度值的增大臭氧AMF相对差异值正增大。当有效高度值小于22km时,随着高度值的减小臭氧AMF相对差异值负增大。(3)SO2是影响臭氧反演的重要痕量气体之一。本文分析讨论了SO2气体对臭氧反演的影响。通过比较分析未加入SO2干扰项和加入SO2干扰项的反演结果,修正后的臭氧总量观测值相对于未修正的臭氧总量观测值更接近Pandora大气网络测得臭氧总量观测值,并提出了影响因子C。C值变化的主要原因是因为二者的吸收系数不同,当SO2的浓度超过一定数值时,经过影响因子叠加的作用就会影响臭氧总量反演的精度;当SO2的浓度比较低时这种影响就比较小可以近似忽略。(4)通过对臭氧总量反演不确定度分析,可以知道在反演的过程中的误差来源和贡献大小,为今后的方法改进和精度提升提供重要的理论依据。在反演的过程中主要包括以下影响因素:大气温度、大气痕量气体、传输模型和参数。在以上因素独自作用的情况下,把引起的反演结果误差单独统计计算,最后得到总的不确定度大小在4.16%～5.27%之间。

关键词：紫外遥感臭氧柱浓度单差对双差对大气质量数