高光谱激光雷达空气温度探测系统定标方法及实验研究
发布时间：2021-03-02 23:44
空气温度是气象问题研究中极为重要的一个气象参数。空气温度的准确测量对研究全球温室效应、气候调研、军事气象预测等方面具有深远的意义。为了克服常用空气温度测量方法易受地面辐射和太阳辐射影响的问题,提出采用激光雷达扫描散射谱的方法实现空气温度的反演。本论文在前期搭建的F-P扫描干涉仪的高光谱激光雷达温度探测系统基础上,完成了高光谱激光雷达测温系统参数标定实验和室内定点温度探测实验工作。首先以输出波长为532nm的小型连续型激光器为光源,完成了 F-P扫描干涉仪的性能参数定标实验,通过优化光路及改变F-P扫描干涉仪的入射角度对F-P扫描干涉仪的半高全宽（FWHM）进行了标定。实验还标定了 F-P扫描干涉仪的自由光谱范围（FSR）以及当扫描范围为一个FSR时扫描干涉仪的驱动电压幅值大小,以确保干涉仪能够有效的扫描瑞利-布里渊（Rayleigh-Brillouin）散射谱信号。然后,通过理论计算得到当温度每变化1℃时,F-P扫描干涉仪的透过率谱线将漂移2.1GHz左右,为了进一步减小温度对F-P扫描干涉仪性能的影响,本文对前期所搭建的温控系统进行了适当的优化,采用上位机软件实时监测温控系统数据,结...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１实验系统本意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｙｓｔｅｍ??
涉仪作为高光谱激光雷达分光系统的核心器件，其性能参数关乎实验结果的??精确性，因此，有必要通过具体的实验来研宄Ｆ－Ｐ扫描干涉仪的性能参数，以便为后期的实??验提供保障。??３．１?Ｆ－Ｐ扫描干涉仪工作原理??平行平板Ｆ－Ｐ干涉仪作为髙光谱分光系统中的核心器件己经有很长的一段历史了，但是??由于平行平板Ｆ－Ｐ干涉仪在生产过程中对于腔镜的平面度以及腔镜之间的平行度要求较高，??从而限制了它的推广使用。１９５８年，基于多光束干涉原理，有人设计出了一款共聚焦球面Ｆ－??Ｐ干涉仪，其光路图如图３－１所示，这种干涉仪与普通的平行平板Ｆ－Ｐ干涉仪相比，工作面??相对较小，因此其镜面质量容易得到保证，共焦腔的腔体结构使得两个腔镜间的同轴度要求??不是特别严格，所以，其越来越得到广泛的应用［４９］。本课题就是采用共焦腔结构的Ｆ－Ｐ扫描??干涉仪进行实验研究，接下来将详细介绍其工作原理。??Ｉ?＾?ｄ?Ｊ??ｒ?Ｉ??Ｉ?ｉ??、、－？履?ｉ???―味—??一３??图３－１共聚焦Ｆ－Ｐ干涉仪光路??Ｆｉｇｕｒｅ?３－１?Ｏｐｔｉｃａｌ?ｐａｔｈ?ｏｆ?ｃｏｎｆｏｃａｌ?Ｆ－Ｐ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ??从图３－１中可以看出，共聚焦球面Ｆ－Ｐ扫描干涉仪是一种多光束干涉装置，其由两块曲??率半径相等、镜面镀高反膜的球面反射镜组成谐振腔腔体，压电陶瓷固定在其中一片腔镜中，??以平行于腔体光轴、高度为Ｈ的光线进入腔体会形成三角形的八字图案穿过空腔，从腔体内??部光迹可以看出，光线从腔镜内反射了四次后出射，与传统的平平腔相比，通过空腔的总往??返路径为４Ｊ而不是２４所以，相邻两光束的光程差如式（３－１）所示。??Ａ?—
?Ｆ－Ｐ担描干涉仪性能参数标定方法与实验???图３－２?Ｆ－Ｐ扫描干涉仪实物图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－２?Ｆ－Ｐ?ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍａｐ??在前期的实验仿真工作的基础上＿，综合多种实验因素的影响，本课题选用索雷博公司??生产的型号为ＳＡ２１０－３Ｂ的扫描干涉仪，其实物图如图３－２所示，其参数表见表３－１。??表３－１?Ｆ－Ｐ扫描干涉仪参数表??Ｔａｂｌｅ?３－１?Ｆ－Ｐ?ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ?ｐａｒａｍｅｔｅｒ?ｔａｂｌｅ??参数名称?参数值??型号?ＳＡ２１０－３Ｂ??分辨率?６７ＭＨｚ??自由光谱范围?１０ＧＨｚ??响应波段?３５０－５３５ｎｍ??腔长?７．５ｍｍ??３．２?Ｆ－Ｐ干涉仪性能参数定标实验系统??Ｆ－Ｐ扫描干涉伩作为分光系统的精细分光器件，其参数的稳定性对实验结果有着决定性??作用，由于这一款扫描干涉仪是通过控制箱施加锯齿波电压来达到扫描光谱信息的目的，而??控制箱施加的锯齿波电压幅值与Ｆ－Ｐ扫描干涉仪的扫描范围有着重要的关系。扫描干涉仪的??控制箱实物图及输出锯齿波谱型示意图如图３－３所示。??＾?１?ｗ??内［－ｖｉｒ＞？ｉｌｖＫｙｎｌ３ｓｈ＇?????ＪＶ??ＳＣＡＮ?ＣＯＮＴＲＯＬＳ?Ｉ?Ｉ?＾??’?ｖ?４?ｊ?，??－＾?ａ；??—ｉ。，６?－－）—｜?＾Ｉ—；－?厂??Ｋ?１?°?｜?｜?－Ｗｓ?－Ｊ５ｉ?－Ｈｉ?４１?表?Ｈ?Ｕｆ?？！?８？??Ｉ?ＰＩＭＷｉ?Ｐ；ｐｈｐＬ！Ｃ１ｉ?ＰＢｒｔｐｈｌＯｌ?ＰＩｃｖｏｄＳｔＩ?？？ｄＮＣ３
本文编号：3060177
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１实验系统本意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｙｓｔｅｍ??
涉仪作为高光谱激光雷达分光系统的核心器件，其性能参数关乎实验结果的??精确性，因此，有必要通过具体的实验来研宄Ｆ－Ｐ扫描干涉仪的性能参数，以便为后期的实??验提供保障。??３．１?Ｆ－Ｐ扫描干涉仪工作原理??平行平板Ｆ－Ｐ干涉仪作为髙光谱分光系统中的核心器件己经有很长的一段历史了，但是??由于平行平板Ｆ－Ｐ干涉仪在生产过程中对于腔镜的平面度以及腔镜之间的平行度要求较高，??从而限制了它的推广使用。１９５８年，基于多光束干涉原理，有人设计出了一款共聚焦球面Ｆ－??Ｐ干涉仪，其光路图如图３－１所示，这种干涉仪与普通的平行平板Ｆ－Ｐ干涉仪相比，工作面??相对较小，因此其镜面质量容易得到保证，共焦腔的腔体结构使得两个腔镜间的同轴度要求??不是特别严格，所以，其越来越得到广泛的应用［４９］。本课题就是采用共焦腔结构的Ｆ－Ｐ扫描??干涉仪进行实验研究，接下来将详细介绍其工作原理。??Ｉ?＾?ｄ?Ｊ??ｒ?Ｉ??Ｉ?ｉ??、、－？履?ｉ???―味—??一３??图３－１共聚焦Ｆ－Ｐ干涉仪光路??Ｆｉｇｕｒｅ?３－１?Ｏｐｔｉｃａｌ?ｐａｔｈ?ｏｆ?ｃｏｎｆｏｃａｌ?Ｆ－Ｐ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ??从图３－１中可以看出，共聚焦球面Ｆ－Ｐ扫描干涉仪是一种多光束干涉装置，其由两块曲??率半径相等、镜面镀高反膜的球面反射镜组成谐振腔腔体，压电陶瓷固定在其中一片腔镜中，??以平行于腔体光轴、高度为Ｈ的光线进入腔体会形成三角形的八字图案穿过空腔，从腔体内??部光迹可以看出，光线从腔镜内反射了四次后出射，与传统的平平腔相比，通过空腔的总往??返路径为４Ｊ而不是２４所以，相邻两光束的光程差如式（３－１）所示。??Ａ?—
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