太阳光谱地基遥测系统的光学设计

发布时间：2023-04-23 00:00

　　太阳在人类生活中发挥着重要的作用,其辐射出的太阳光谱到达地面的过程中,会被大气成分吸收。因此可以利用地基设备通过遥测太阳光谱来反演大气层中污染气体的含量,这也是目前大气科学研究热点之一。其中用来测量太阳光谱的太阳掩星傅里叶红外光谱技术(SOF-FTIR),具有便捷、机动性强等特点,可对区域性的污染气体进行实时监测,并评估其排放情况。本文基于SOF-FTIR的技术原理,设计了一种太阳光谱地基遥测系统的光学部分,系统的工作波段为600-5000cm-1的中红外区,这一波段包含了绝大多数的大气污染物特征光谱。针对目前基于SOF-FTIR技术的系统中的太阳跟踪结构,存在入射光通量随太阳高度角变化而不稳定、跟踪角度范围受限等问题,设计了一套新型的太阳高速扫描跟踪机构。该机构基于正交反射镜和利用小孔成像原理,采用光电式跟踪方法实现太阳跟踪。在控制方法建模阶段,分析了跟踪时二维位置探测器PSD(position sensitive detector)上光斑移动规律,并建立了轨迹变化的理论公式,为PSD测量跟踪控制算法提供了关键模型。根据设计的跟踪光路开发了移动式太阳自动跟踪装置,使其准确的接收并传输...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 太阳光谱的应用
    1.3 国内外研究现状
    1.4 论文主要内容
第2章 太阳跟踪系统的光路设计
    2.1 太阳跟踪器研究
        2.1.1 视日轨迹跟踪
        2.1.2 光电式跟踪
    2.2 太阳跟踪器设计
        2.2.1 太阳跟踪系统光路设计
        2.2.2 PSD位置探测器选型
    2.3 太阳跟踪系统光机结构设计
    2.4 太阳光斑移动轨迹
        2.4.1 45°扫描反射镜
        2.4.2 PSD探测器上的光斑移动轨迹
    2.5 本章小结
第3章 地基遥测系统的光路设计
    3.1 傅里叶变换红外光谱原理
        3.1.1 迈克尔逊干涉仪
        3.1.2 干涉图与光谱图
        3.1.3 分辨率
        3.1.4 信噪比
    3.2 系统的设计指标
    3.3 光学元件
        3.3.1 红外光源
        3.3.2 红外探测器
        3.3.3 分束器
        3.3.4 反射镜
    3.4 准直光学结构
    3.5 太阳光谱遥测系统总体光路
    3.6 本章小结
第4章 太阳光谱地基遥测光学系统仿真
    4.1 光学软件ZEMAX
    4.2 准直光束发散角仿真
    4.3 干涉条纹
    4.4 抛物面镜焦距对干涉条纹的影响
    4.5 太阳光谱遥测系统光路仿真
    4.6 本章小结
第5章 太阳光谱初步观测
    5.1 搭建实验装置
    5.2 光谱实验分析
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 本文创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3798669