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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2010年
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用于空间大气遥感的临边成像光谱仪研究

薛庆生  
【摘要】: 大气的探测和研究是地球和空间科学界共同关注的热点课题,用于空间大气遥感的临边成像光谱仪是一种新型空间光学遥感仪器。本文根据空间平台上对地球临边大气探测的应用要求,设计出一种结构紧凑的临边成像光谱仪光学系统,它由前置光学系统和光谱成像系统两部分组成,工作波段540-780nm(利用光栅的一级光谱)和270-390nm(利用光栅的二级光谱),通过转轮切换紫外/可见滤光片实现紫外/可见两个波段分别探测。根据前置光学系统覆盖的波段宽(270-780nm)且涵盖紫外波段的要求,分别设计出采用离轴抛物面镜的反射式和宽波段消色差折射式前置光学系统。光谱成像系统的设计选择平面光栅作为色散元件,在深入研究Czerny-Turner光谱成像系统像差校正的基础上,从宽波段像差同时校正和像散校正两方面对传统的Czerny-Turner结构进行了改进。采用改进的Czerny-Turner结构作为光谱成像系统的结构型式,设计出临边成像光谱仪的光谱成像系统。分别将反射式和折射式前置光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配,设计出临边成像光谱仪全系统,两方案均满足设计指标要求。折射式前置光学系统可以避免非球面的使用,便于加工和装调。反射式前置光学系统可以减少光学元件的数量,能量利用率高,但加工有一定的难度。 为方便加工和装调,本文研制的临边成像光谱仪原理样机采用宽波段消色差折射式前置光学系统与改进的Czerny-Turner光谱成像系统匹配组成的光学结构。研究了临边成像光谱仪原理样机光学系统的光谱辐射传输特性,对原理样机的信噪比进行了分析和估算,结果满足应用要求。编制了数据采集和处理软件,设计了机械结构,研制出临边成像光谱仪原理样机并进行了性能评价、波长定标和辐射定标,空间分辨率为0.44mrad,光谱分辨率为1.3nm(在632.8nm处)。波长定标精度优于0.12nm。利用积分球定标方法,标定了原理样机的光谱辐亮度响应度,消除了漫反射板的双向反射率分布函数(BRDF)的测量不确定度对定标精度的影响,定标合成不确定度为2.4%,从而实现了空间遥感临边成像光谱仪高精度辐射定标。以上性能评价结果和定标结果均满足指标要求。临边成像光谱仪原理样机的成功研制,填补了国内空白,为下一步工程样机的研制和最终实现临边成像光谱探测新技术在我国空间大气遥感领域的应用奠定了技术基础。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TH744.1

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【引证文献】
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1 汪自军;基于卫星临边辐射的大气痕量气体含量反演研究[D];吉林大学;2011年
2 杨小虎;地球临边环形成像仪性能评价及辐射定标研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
3 于磊;空间电离层高层大气遥感天底—临边成像光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
4 刘玉娟;基于同心光学系统的新型成像光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
5 吴振洲;微型Offner成像光谱仪和光谱数据处理[D];中国科学技术大学;2012年
6 胡春晖;航天高光谱仪光学元件位置误差影响研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
7 陈少杰;宽波段叶阶梯光栅光谱仪设计与标定方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
8 张浩;基于Féry棱镜分光的太阳光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
9 张晶;用于中层大气临边探测的紫外全景成像仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
10 李占峰;紫外高光谱臭氧探测仪在轨定标方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
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2 迟明波;二维阵列狭缝阿达玛光谱仪关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
3 陶伟;基于Hyperion高光谱数据的城市地物识别与分类研究[D];浙江大学;2013年
4 翟珊珊;衍射光栅杂散光测试仪模型设计及性能评价方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
【参考文献】
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9 薛庆生;王淑荣;李福田;;Ebert-Fastie型双层结构平面全息光栅双单色仪的光学设计[J];光电工程;2008年07期
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【共引文献】
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8 龙飞,张顾万,顾正伟,李仁豪;HgCdTe红外焦平面用1×288 CCD读出电路[J];半导体光电;2004年02期
9 彭秀华,李仁豪,邓光华,刘娅琳;8×4元TDI光导型HgCdTe红外焦平面组件的研制[J];半导体光电;2004年04期
10 王军,魏仲慧,何昕,郝志航;基于偏最小二乘回归多CCD拼接相机模型研究[J];半导体光电;2004年05期
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3 贾大功;赵振;马彩缤;张红霞;张以谟;;基于ARM的嵌入式光纤端面检测仪的研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 何平安;胡亚文;陶慧玲;宋燕新;;激光投线仪610自动检测系统[A];2009年全国测绘仪器综合学术年会论文集[C];2009年
5 王进;刘勋;雷洪波;赖新春;;紫外可见光反射光谱法测试薄膜厚度装置及应用[A];中国核学会核材料分会2007年度学术交流会论文集[C];2007年
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7 郝斌;过晓辉;王胡顺;;高速摄像测量仪作用距离的分析计算[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
8 朱宁;钱伟康;郭强;;基于嵌入式XP的光谱分析系统[A];全国第一届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2006年
9 高明辉;林洁琼;;便携式近红外光谱测量仪的研制[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集(上册)[C];2008年
10 刘宵婵;付跃刚;钟伯亮;;畸变梯度对像质的影响[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
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3 张梅;基于个性化眼光学结构的人眼色差的研究[D];南开大学;2010年
4 杨承;日盲型紫外探测和直升机着舰光电助降技术的研究[D];电子科技大学;2010年
5 陈国庆;荧光光谱技术在食品安全监控中的应用研究[D];江南大学;2010年
6 刘超;激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D];浙江大学;2010年
7 牛爽;全景环带凝视成像光学系统的研究与应用[D];浙江大学;2010年
8 黄翀;航空场景模拟器的设计与研究[D];华中科技大学;2011年
9 李中亮;大曲率弧矢聚焦双晶单色器及多层膜单色器相关技术研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 许凌飞;基于炉口火焰光谱信息的转炉炼钢终点在线碳含量测量方法研究[D];南京理工大学;2011年
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1 黄长辉;金属材料断口三维形貌检测与表征分析[D];南昌航空大学;2010年
2 徐成功;智能CCD垂线坐标仪[D];山东科技大学;2010年
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4 王悦竹;80口径观鸟镜ED光学系统设计[D];长春理工大学;2010年
5 艾广燚;基于DSP的航空相机地面景物模拟系统的研究[D];长春理工大学;2010年
6 于浩;CCD相机测量对比度的校正方法研究[D];长春理工大学;2010年
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8 李洋;数码相机变焦距物镜设计[D];大连理工大学;2010年
9 刘普;CCD监视船舶侧翻冰厚度误差的实验室模拟研究[D];大连理工大学;2010年
10 程苗苗;基于OMI数据的浙江省对流层NO_2柱浓度时空动态分布[D];浙江农林大学;2010年
【同被引文献】
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2 刘成康,袁祥辉,张晓飞;CMOS读出电路中的噪声及抑制[J];半导体光电;2002年03期
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1 牛爽;全景环带凝视成像光学系统的研究与应用[D];浙江大学;2010年
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9 王乐;部分大气分子的红外吸收光谱研究[D];中国科学技术大学;2006年
10 乐新安;中低纬电离层模拟与数据同化研究[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2008年
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1 刘琳;长焦距三反射式望远镜设计研究[D];苏州大学;2002年
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3 苏丽娟;成像光谱仪分光技术研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2006年
4 齐瑾;利用SCIAMACHY/ENVISAT资料开展中国区域NO_2反演研究[D];中国气象科学研究院;2007年
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8 李翠娜;大气气体吸收的温度依赖关系研究[D];南京信息工程大学;2008年
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10 金丽华;大气Limb辐射亮度模拟及其敏感性分析[D];吉林大学;2009年
【二级引证文献】
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1 林丽新;汪云甲;熊集兵;;煤矿塌陷地水体叶绿素a高光谱监测进展与挑战[J];金属矿山;2013年06期
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2 陈少杰;宽波段叶阶梯光栅光谱仪设计与标定方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
3 崔继承;O_2A带高分辨率光谱测试技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
4 张浩;基于Féry棱镜分光的太阳光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
5 于向阳;紫外环形成像仪设计与研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
6 李占峰;紫外高光谱臭氧探测仪在轨定标方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
7 曹海霞;宽波段平面光栅效率测试仪设计及测量误差补偿方法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
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1 孙慈;成像光谱仪全视场自动化光谱定标技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
2 付玉倩;多光谱相机系统集成与调焦方法研究[D];中国地质大学(北京);2014年
【二级参考文献】
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6 毛志华;黄海清;;成像光谱仪海洋水色通道替代定标研究[A];成像光谱技术与应用研讨会论文集[C];2002年
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6 本报记者 房琳琳;“窥探”探月实验室[N];科技日报;2006年
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10 ;连接现实世界与信息世界[N];计算机世界;2001年
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1 薛庆生;用于空间大气遥感的临边成像光谱仪研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
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7 李聪;大气紫外成像光谱仪地面测试与定标技术研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2010年
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9 徐睿;深空探测AOTF红外成像光谱仪系统定标技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
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2 尚杨;光栅型成像光谱仪噪声抑制技术研究[D];西安工业大学;2012年
3 李珣;光栅型成像光谱仪光学系统设计[D];西安工业大学;2012年
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5 孙宝朋;组件透射式成像光谱仪的设计与应用研究[D];南京理工大学;2014年
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10 刘旭霞;Littrow-Offner分光成像系统的研究与设计[D];苏州大学;2013年
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