傅里叶光谱焦平面探测与干涉数据处理技术研究
发布时间：2021-06-07 12:56
当今气象卫星通过测量大气温湿轮廓线,获取大气温度和湿度垂直信息,提高了天气预报准确性。星载红外傅里叶光谱仪具备高光谱分辨率探测和大气垂直探测能力,能够准确地获得大气温湿轮廓线,是目前气象领域的研究热点之一。第17届世界气象大会上,世界气象组织委员会确定了全球综合观测系统2040年远景发展计划,在高分辨率区域数值天气预报及有效地指导超短期预报上提出了进一步要求,例如实时地监测台风和强对流系统的强度和路径变化。因此,需要星载傅里叶光谱仪进一步加快观测频次。为满足更快观测频次的需求,星载傅里叶光谱仪需配置更大面阵的红外焦平面探测器并提高干涉图采集速度,这增大了系统数据采集、传输和处理的负荷。此外,为进一步提高气象预报准确度,还需获得长波波段红外干涉信息。要实现长波红外干涉信号的有效探测,系统需具备更强的抗干扰和低噪声获取能力,进一步增大了设计难度。使用更大面阵焦平面探测器获取高质量的红外干涉数据,需设计和构建出在一套等光程差间隔、高帧频、外触发采样条件下的干涉信息获取系统;本文调研了目前国内及欧美星载红外傅里叶光谱仪信息获取技术方案;阐述了傅里叶光谱仪的工作原理,对红外干涉信号获取方法进行了...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：187 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
大气垂直温湿廓线反演图[7]
第1章绪论3图1.2GIFTS通过3D水汽数据模拟得到三维风场矢量数据[17]Figure1.23Dwindfieldsimulationthrough3DwatervapordatafromGIFTS在第17届世界气象大会上，世界气象组织委员会确定了全球综合观测系统2040年远景发展计划，对高分辨率区域数值天气预报以及有效地指导超短期预报提出了要求（如实时地监测台风和强对流系统的强度和路径变化）。今后，需要获得更高的空间分别率，并进一步加快观测频次从而可以更好地进行卫星观测[18]。目前最先进的静止轨道傅里叶变换大气探测仪是风云四号干涉式大气垂直探测仪，为32×4，即128元。本文是在更高气象探测需求下，对更大面阵下星载红外傅里叶光谱仪探测及红外干涉信号获取中的关键技术开展的科学研究。1.2星载傅里叶光谱仪发展概况傅里叶光谱仪是一款对干涉信号直接测量的仪器；由于干涉图和光谱图是一对傅里叶变换对，对测量获取的干涉图直接进行傅里叶变换运算就可以得到光谱图。该仪器起源于迈克尔逊干涉仪，是以著名实验物理学家迈克尔逊命名的。1887年，为了验证所谓绝对坐标系“以太”的存在，迈克尔逊与美国物理学家E.W.莫雷合作，设计了迈克尔逊干涉仪。这就是物理学史上著名的迈克尔逊-莫
第1章绪论5图1.3GIFTS团队对方案进行验证的流程说明[32]Figure1.3GIFTSteam"sdescriptionofthetestprocessGIFTS，采用128×128面阵的红外碲镉汞焦平面探测器，分为红外中波段和红外长波段两个测量波段，每一个波段分别配置对应的红外探测器；其中红外中波段波长范围是4.4m到6.0m，红外长波段波长范围是8.8m到14.6m；单次测量时间是10秒，即迈克尔逊干涉仪单次行程动镜所需要时间；最大光程差接近0.86cm[33]。GIFTS系统包括一台傅里叶光谱仪，红外探测器，红外激光器，A/D转换系统模块，制冷设备，以及一套包括指向镜的光学系统，图1.4。图1.4GIFTS系统组成Figure1.4GIFTSsystemcomposition
【参考文献】：
期刊论文
[1]风云四号大气垂直探测仪在气象预报中应用（英文）[J]. 陈仁,高聪,吴晓唯,周思宇,华建文,丁雷. 红外与毫米波学报. 2019(03)
[2]“风云四号”气象卫星大气垂直探测仪[J]. 华建文,毛建华. 科学. 2018(01)
[3]世界气象组织全球综合观测系统（WIGOS）空间部分2040年远景发展规划的解读[J]. 张文建. 气象科技进展. 2016(01)
[4]二极管型红外焦平面阵列的噪声分析及结构优化设计（英文）[J]. 朱慧慧,冯飞,王跃林,李昕欣. 红外与毫米波学报. 2015(06)
[5]第三代红外焦平面探测器读出电路[J]. 白丕绩,姚立斌. 红外技术. 2015(02)
[6]红外探测器件在低温背景下的探测率测试[J]. 王世涛,张伟,王强. 光学精密工程. 2012(03)
[7]中国气象卫星和卫星气象研究的回顾和发展[J]. 方宗义,许健民,赵凤生. 气象学报. 2004(05)
[8]CCD噪声分析及处理技术[J]. 许秀贞,李自田,薛利军. 红外与激光工程. 2004(04)
[9]大气遥感与卫星气象学研究的进展与回顾[J]. 吕达仁,王普才,邱金桓,陶诗言. 大气科学. 2003(04)
[10]成像光谱仪分光技术概览[J]. 郑玉权,禹秉熙. 遥感学报. 2002(01)
博士论文
[1]红外傅立叶光谱仪信息处理技术研究[D]. 张磊.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]星载傅里叶光谱仪星上数据处理研究[D]. 邹曜璞.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[3]碲镉汞红外焦平面探测器芯片的优化设计及工艺验证[D]. 张鹏.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[4]大规模红外干涉信号并行获取技术研究[D]. 王海英.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[5]地球静止轨道大动态范围信息获取技术研究[D]. 黄思婕.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[6]地基全天空成像系统云与气溶胶参数反演及其应用研究[D]. 霍娟.中国科学院研究生院（大气物理研究所） 2007
硕士论文
[1]碲镉汞长波红外焦平面器件读出后处理技术研究[D]. 姜婷.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
本文编号：3216616
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：187 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
大气垂直温湿廓线反演图[7]
第1章绪论3图1.2GIFTS通过3D水汽数据模拟得到三维风场矢量数据[17]Figure1.23Dwindfieldsimulationthrough3DwatervapordatafromGIFTS在第17届世界气象大会上，世界气象组织委员会确定了全球综合观测系统2040年远景发展计划，对高分辨率区域数值天气预报以及有效地指导超短期预报提出了要求（如实时地监测台风和强对流系统的强度和路径变化）。今后，需要获得更高的空间分别率，并进一步加快观测频次从而可以更好地进行卫星观测[18]。目前最先进的静止轨道傅里叶变换大气探测仪是风云四号干涉式大气垂直探测仪，为32×4，即128元。本文是在更高气象探测需求下，对更大面阵下星载红外傅里叶光谱仪探测及红外干涉信号获取中的关键技术开展的科学研究。1.2星载傅里叶光谱仪发展概况傅里叶光谱仪是一款对干涉信号直接测量的仪器；由于干涉图和光谱图是一对傅里叶变换对，对测量获取的干涉图直接进行傅里叶变换运算就可以得到光谱图。该仪器起源于迈克尔逊干涉仪，是以著名实验物理学家迈克尔逊命名的。1887年，为了验证所谓绝对坐标系“以太”的存在，迈克尔逊与美国物理学家E.W.莫雷合作，设计了迈克尔逊干涉仪。这就是物理学史上著名的迈克尔逊-莫
第1章绪论5图1.3GIFTS团队对方案进行验证的流程说明[32]Figure1.3GIFTSteam"sdescriptionofthetestprocessGIFTS，采用128×128面阵的红外碲镉汞焦平面探测器，分为红外中波段和红外长波段两个测量波段，每一个波段分别配置对应的红外探测器；其中红外中波段波长范围是4.4m到6.0m，红外长波段波长范围是8.8m到14.6m；单次测量时间是10秒，即迈克尔逊干涉仪单次行程动镜所需要时间；最大光程差接近0.86cm[33]。GIFTS系统包括一台傅里叶光谱仪，红外探测器，红外激光器，A/D转换系统模块，制冷设备，以及一套包括指向镜的光学系统，图1.4。图1.4GIFTS系统组成Figure1.4GIFTSsystemcomposition
【参考文献】：
期刊论文
[1]风云四号大气垂直探测仪在气象预报中应用（英文）[J]. 陈仁,高聪,吴晓唯,周思宇,华建文,丁雷. 红外与毫米波学报. 2019(03)
[2]“风云四号”气象卫星大气垂直探测仪[J]. 华建文,毛建华. 科学. 2018(01)
[3]世界气象组织全球综合观测系统（WIGOS）空间部分2040年远景发展规划的解读[J]. 张文建. 气象科技进展. 2016(01)
[4]二极管型红外焦平面阵列的噪声分析及结构优化设计（英文）[J]. 朱慧慧,冯飞,王跃林,李昕欣. 红外与毫米波学报. 2015(06)
[5]第三代红外焦平面探测器读出电路[J]. 白丕绩,姚立斌. 红外技术. 2015(02)
[6]红外探测器件在低温背景下的探测率测试[J]. 王世涛,张伟,王强. 光学精密工程. 2012(03)
[7]中国气象卫星和卫星气象研究的回顾和发展[J]. 方宗义,许健民,赵凤生. 气象学报. 2004(05)
[8]CCD噪声分析及处理技术[J]. 许秀贞,李自田,薛利军. 红外与激光工程. 2004(04)
[9]大气遥感与卫星气象学研究的进展与回顾[J]. 吕达仁,王普才,邱金桓,陶诗言. 大气科学. 2003(04)
[10]成像光谱仪分光技术概览[J]. 郑玉权,禹秉熙. 遥感学报. 2002(01)
博士论文
[1]红外傅立叶光谱仪信息处理技术研究[D]. 张磊.中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所) 2017
[2]星载傅里叶光谱仪星上数据处理研究[D]. 邹曜璞.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[3]碲镉汞红外焦平面探测器芯片的优化设计及工艺验证[D]. 张鹏.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[4]大规模红外干涉信号并行获取技术研究[D]. 王海英.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[5]地球静止轨道大动态范围信息获取技术研究[D]. 黄思婕.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2015
[6]地基全天空成像系统云与气溶胶参数反演及其应用研究[D]. 霍娟.中国科学院研究生院（大气物理研究所） 2007
硕士论文
[1]碲镉汞长波红外焦平面器件读出后处理技术研究[D]. 姜婷.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
本文编号：3216616
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