| 题名 | 傅立叶光谱仪动态校准技术研究 |
| 作者 | 魏焕东 |
| 答辩日期 | 2010-05-20 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 华建文 ; 代作晓 |
| 关键词 | 傅立叶成像光谱仪 干涉仪 准直性误差 动态测角 动态校准 |
| 学位专业 | 物理电子学 |
| 英文摘要 | 大气垂直探测仪收集来自地球大气的红外辐射信号，通过解析红外信号的光谱特征反演气象参数的垂直分布，从而为数值天气预报提供依据。红外信号光谱信息的获取需要有效的分光方式，如使用红外滤光片提取目标谱段的信号，利用光栅分光获得高光谱红外信号。随着社会和经济的发展，数值天气预报对卫星气象数据的要求越来越高。根据世界气象组织（WMO）提出的要求：温度准确度1K，湿度准确度10％和垂直分辨率1公里。由此，大气垂直探测仪的相对光谱分辨率要求达到1200。需要研制基于新的分光原理的大气垂直探测仪，空间干涉式傅立叶光谱仪是技术的发展方向。空间傅立叶成像光谱仪的动镜和定镜采用平面镜结构，因此对动镜和定镜的准直性要求极高，需要使用动态校准系统对动镜扫描过程中的准直性误差进行实时校准。本课题即是完成空间傅立叶成像光谱仪的动态校准系统研制。校准目标为控制精度在1微度之内，控制范围大于60微弧度，测控频率高于1000Hz。同时希望本系统可以作为模块移植到其他采用此结构的仪器上。搭建了动态校准技术实验平台。平台使用波长为852nm的半导体激光器作为参考光源，采用1/8λ波片和渥拉斯顿棱镜的光学设计产生正交偏振移相信号。两个五元激光探测器传感激光干涉信号：两个中心探测元用来判断动镜的位移，速度和运动方向；边缘的8个探测元完成动镜和定镜二维方向上的准直性误差测量。设计了能够产生非接触式电磁吸力的电磁线圈作为动态校准的执行器，实现了基于动镜的动态校准，使得定镜光路作为参考主光轴保持恒定。通过理论分析和实验验证系统地描述了激光参考干涉信号的特征。由于系统的复杂性，如激光信号的剪切，激光光斑的不均匀性，动镜速度和运动方向的不断改变，激光信号传感电路的幅频特性等，使得激光干涉信号会产生畸变。针对激光信号的特征，设计、仿真并实现了相应的准直性误差的测量算法。新型算法的实现过程中，通过实验反复验证，并对算法实现的细节进行修改。新的测角算法达到测角分辨率0.3微弧度，范围超过60微弧度（40微弧度对应π的电角度）。四个电磁线圈完成准直性误差的动态校准，这种非接触式的控制方式对基于动镜的动态校准方式是必要的。采用模糊PID算法计算动态校准的控制量，并使用Simulink对动态校准执行机构进行了仿真。最终达到了动态校准精度1微弧度，校准范围60微弧度，测控频率1000Hz的指标要求。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5104]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 魏焕东. 傅立叶光谱仪动态校准技术研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
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