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基于F-P干涉仪CH_(4)气体点源探测关键参数仿真分析
1
作者 张强 柏财勋 +5 位作者 傅頔 李娟 畅晨光 赵珩翔 王素凤 冯玉涛 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期176-186,共11页
基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对... 基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系,以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终,迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明,在甲烷探测波段为1630~1675 nm,自由光谱范围为12.5 nm,光谱分辨率为0.1 nm,法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm,腔内反射率为97.5%,截止滤光片范围为(1630±4)nm~(1675±4)nm时,探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为[0.65%,4.30%],探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 温室气体探测 甲烷 法布里-珀罗干涉仪 探测灵敏度
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大气风场探测多普勒差分干涉仪相位稳定性影响因素分离测试方法 被引量：3
2
作者 傅頔 畅晨光 +4 位作者 孙剑 李娟 武魁军 冯玉涛 刘学斌 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第18期18-25,共8页
多普勒差分干涉仪基于一种新型中高层大气风场探测系统,通过计算干涉图相位变化量反演观测目标源光谱的多普勒频移,实现大气风场测量。基准相位作为确定风场多普勒频移量的必要参数,其稳定性是保证风速测量精度的核心指标之一。针对非... 多普勒差分干涉仪基于一种新型中高层大气风场探测系统,通过计算干涉图相位变化量反演观测目标源光谱的多普勒频移,实现大气风场测量。基准相位作为确定风场多普勒频移量的必要参数,其稳定性是保证风速测量精度的核心指标之一。针对非对称量相位漂移、相位斜率漂移和干涉图相位漂移这三项影响干涉仪基准相位的因素开展研究,基于多普勒差分干涉原理对其相位热漂移开展了理论分析,提出了各项因素相位漂移量的分离测试方法,并基于近红外多普勒差分干涉仪开展了实验测试。环境温度波动为0.27℃时,相位斜率变化量为670 mrad/m,干涉图相位漂移波动范围为8.9 mrad;修正干涉图相位漂移后,非对称量相位漂移约为4.7 mrad,均方根为0.98 mrad,等效风速测量误差为0.81 m/s。通过温度拉偏实验,得到非对称量相位漂移随温度的变化率为-493 mrad/℃的结论。 展开更多
关键词 大气光学 中高层大气风场探测 多普勒差分干涉仪 相位稳定性 测试与分析
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近红外空间外差拉曼光谱仪研究 被引量：1
3
作者 范博昭 冯玉涛(指导) +8 位作者 王荃 高驰 吴阳 韩斌 畅晨光 李娟 李奕儒 赵珩翔 傅頔 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期310-319,共10页
针对微弱拉曼散射光信号的高灵敏度探测需求,使用830 nm的激发光源,对空间外差拉曼光谱仪进行全系统的设计与仿真,并通过研制的光谱仪样机开展拉曼光谱探测实验,其有效光谱分辨率可达3.35 cm^(-1)(矩形函数切趾),实际可探测的拉曼位移... 针对微弱拉曼散射光信号的高灵敏度探测需求,使用830 nm的激发光源,对空间外差拉曼光谱仪进行全系统的设计与仿真,并通过研制的光谱仪样机开展拉曼光谱探测实验,其有效光谱分辨率可达3.35 cm^(-1)(矩形函数切趾),实际可探测的拉曼位移范围为171.01~2048.19 cm^(-1)。对不同物体形态、不同拉曼活性的样品进行拉曼光谱探测实验,其中强拉曼活性物质碳酸钙粉末、硫酸钙粉末、硫酸钾粉末的主拉曼光谱峰信噪比均大于370,弱拉曼活性物质甘油、75%酒精溶液、葡萄糖粉末的主拉曼光谱峰信噪比均大于40。实验结果表明830 nm激发光源波长的空间外差拉曼光谱仪系统对多种测试样品均可以获得清晰、准确的拉曼光谱图,具有高灵敏度、高稳定性的拉曼光谱探测能力。 展开更多
关键词 光谱学 拉曼光谱 空间外差 光学设计 信噪比
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星载迈克尔逊干涉仪直线动镜的柔性支撑结构研究
4
作者 杨帅 孙剑 +7 位作者 严强强 冯玉涛 田飞飞 郝雄波 畅晨光 朱军 王灵杰 姚舜 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期203-212,共10页
针对传统迈克尔逊干涉仪动镜支撑结构存在成本高、寿命低、维护难度大、大行程大负载下导向精度差的问题,设计了一种高精度迈克尔逊干涉仪角镜柔性支撑结构,具有低成本、高精度、大负荷的优点。提出以柔性支撑结构的承载能力、行程和导... 针对传统迈克尔逊干涉仪动镜支撑结构存在成本高、寿命低、维护难度大、大行程大负载下导向精度差的问题,设计了一种高精度迈克尔逊干涉仪角镜柔性支撑结构,具有低成本、高精度、大负荷的优点。提出以柔性支撑结构的承载能力、行程和导向精度为优化目标的结构刚度模型,选择材料和尺寸参数,开展运动结构设计。有限元分析结果表明该支撑结构在1.5 kg的负载(角镜)下,当行程达到4.5 mm时,柔性结构的最大拉应力约为169 MPa,结构安全裕量为1.98,角镜竖直方向的寄生位移小于4.1μm。专项测试结果显示,支撑结构承载1.5 kg负载(角镜)在4.5 mm行程内,竖直方向的寄生位移小于4.7μm,直线度的均方根误差为1.5μm,与设计结果较吻合,可以满足星载迈克尔逊干涉仪对高精度直线动镜的支撑要求。 展开更多
关键词 迈克尔逊干涉仪 动镜 柔性支撑结构 刚度模型 寄生位移
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间接型光谱成像仪相对光谱响应函数标定方法
5
作者 李潇潇 李娟 +5 位作者 柏财勋 畅晨光 郝雄波 文镇清 王鹏冲 冯玉涛 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期108-117,共10页
间接型光谱成像仪通常采用面阵探测器作为光电转换器件,探测器像元间光谱响应的不一致性会导致采集到的目标光谱失真,所以标定和修正像元间光谱响应的不一致性是提升间接型光谱成像仪光谱辐射测量精度的重要手段.本文以干涉光谱成像仪为... 间接型光谱成像仪通常采用面阵探测器作为光电转换器件,探测器像元间光谱响应的不一致性会导致采集到的目标光谱失真,所以标定和修正像元间光谱响应的不一致性是提升间接型光谱成像仪光谱辐射测量精度的重要手段.本文以干涉光谱成像仪为例,分析了系统像元间相对光谱响应不一致对目标光谱辐射测量准确性的影响,提出了基于傅里叶变换调制定标源的间接型光谱成像仪全系统相对光谱响应函数测量方法,并建立了相对光谱响应函数标定的数理模型.仿真分析结果表明,理想无噪声时,像元间1%的相对光谱响应不一致性会对复原光谱造成1.02%的相对误差,经过相对光谱响应校正后,不同行复原光谱的相对误差降至0.08%.最后,仿真分析了相对光谱响应不一致性在不同光谱信噪比下的校正效果.该方法可提高间接型光谱成像仪光谱测量的准确性和一致性. 展开更多
关键词 间接型光谱成像仪 傅里叶变换光谱仪 相对光谱响应 定标
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基于子空间方法的柔性空间机械臂未知末端载荷质量参数辨识 被引量：3
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作者 倪智宇 刘金国 畅晨光 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第14期132-140,共9页
空间机械臂捕获非合作目标后,需要及时辨识获取机械臂末端未知载荷的质量参数,以便于控制系统参数的修正。为此,提出一种柔性机械臂末端载荷质量参数的递推辨识方法。该方法基于投影估计子空间追踪(Projection approximation subspace t... 空间机械臂捕获非合作目标后,需要及时辨识获取机械臂末端未知载荷的质量参数,以便于控制系统参数的修正。为此,提出一种柔性机械臂末端载荷质量参数的递推辨识方法。该方法基于投影估计子空间追踪(Projection approximation subspace tracking,PAST)方法,将系统的动力学模型在某一工作点附近进行线性化。在此基础上,进一步将动力学方程中的机构运动和结构振动进行解耦,从而能够在辨识该构型下的系统频率值的同时,通过提取对应的分块矩阵,计算得到未知载荷的质量参数。在数值仿真中,建立双连杆柔性空间机械臂系统的动力学模型,分别讨论在不同载荷质量以及臂杆构型情况下的参数辨识问题,计算结果证明了所提出的这种递推方法能够有效辨识空间机械臂的末端载荷质量参数。此外还将该递推方法与常用的代数辨识方法进行比较,仿真结果表明了与传统的代数方法相比,这种递推方法可以更为快速地获得载荷的质量参数。 展开更多
关键词 载荷质量参数 柔性空间机械臂 在轨辨识 递推子空间方法
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星载多普勒差分干涉仪杂散光特性与抑制 被引量：2
7
作者 李俊杰 孙剑 +5 位作者 赵珩翔 畅晨光 傅頔 赵昊 白璐 冯玉涛 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期243-254,共12页
星载多普勒差分干涉仪通过探测气辉光谱测量中高层大气风场,为降低低层大气背景辐射的影响,需要设计杂散光抑制结构。以基于500 km轨道高度的卫星平台对60~90 km高度的中层大气风场探测为例,选取典型气辉辐射强度与大气背景辐射,依据不... 星载多普勒差分干涉仪通过探测气辉光谱测量中高层大气风场,为降低低层大气背景辐射的影响,需要设计杂散光抑制结构。以基于500 km轨道高度的卫星平台对60~90 km高度的中层大气风场探测为例,选取典型气辉辐射强度与大气背景辐射,依据不同高度下大气背景辐射强度变化,结合光学系统参数设计遮光罩。仿真分析多普勒差分干涉仪系统内部产生杂散光的关键面,设计杂光抑制结构,并评估干涉仪非工作级次能量对成像造成的影响。点源透过率分析和像面照度仿真结果表明:水平方向和对角线方向上,视场外0.2°处点源透过率下降到10^(-5)以下,竖直方向上,视场外0.04°处点源透过率下降到10^(-5)以下;大气背景辐射和鬼像占像面总能量的1.35%。所提杂散光抑制方法满足星载多普勒差分干涉仪对杂散光抑制的技术要求。 展开更多
关键词 应用光学 杂散光抑制 遮光罩设计 多普勒差分干涉仪 大气背景辐射
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基于分段边缘拟合的测风多普勒差分干涉仪成像热漂移监测方法 被引量：1
8
作者 张亚飞 冯玉涛 +4 位作者 傅頔 畅晨光 李娟 白清兰 胡炳樑 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期114-123,共10页
多普勒差分干涉仪是近年来发展起来的一种适用于中高层大气风场星载测量的干涉仪,它依靠对干涉图相位的精确反演计算气辉谱线的多普勒频移得到大气风速.环境温度的变化导致干涉仪光机组件发生热变形,造成成像面在干涉方向上的热漂移,改... 多普勒差分干涉仪是近年来发展起来的一种适用于中高层大气风场星载测量的干涉仪,它依靠对干涉图相位的精确反演计算气辉谱线的多普勒频移得到大气风速.环境温度的变化导致干涉仪光机组件发生热变形,造成成像面在干涉方向上的热漂移,改变相位的像元分布,直接引入相位误差从而影响风速反演.为了减小这种成像热漂移对多普勒差分干涉仪相位反演的影响,本文用分段拟合的方法检测光栅的标尺刻槽在干涉图中成像图案的边缘,定位刻槽图案的亚像元位置并依此监测成像热漂移.在近红外多普勒差分干涉仪样机的热稳定实验中,像面热漂移检测结果与环境温度在高频振荡变化趋势上表现出较高一致性,二者相关系数经去基线后可达0.86,而干涉图相位漂移经成像热漂移校正后其高频振荡也得到大幅抑制,证明了该算法的有效性.为了进一步验证该算法精度,计算了数据信噪比以及拟合所用各项数据分布特征参数误差对边缘检测的影响,结果表明,边缘检测精度主要受数据信噪比和条纹频率参数准确性的制约,当拟合用条纹频率参数误差小于0.5%而其他数据分布特征参数误差在1%以内,数据信噪比在约35倍以上时,本文算法可以实现高于0.05像元的检测精度. 展开更多
关键词 大气风场测量 多普勒差分干涉仪 干涉成像 像面漂移
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近红外多普勒差分干涉仪稳定性结构研究
9
作者 孙剑 冯玉涛 +3 位作者 畅晨光 王炜 李娟 胡炳樑 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期135-146,共12页
针对现有结构无法满足大尺寸差分干涉仪稳定性固定,以星载近红外差分干涉仪稳定性结构为研究目标,优化选择光学材料实现实体差分干涉仪的热补偿,提高了光学元件温度稳定性;以支撑结构的最大结构应力和光机粘接面处最大剪切应力小于许用... 针对现有结构无法满足大尺寸差分干涉仪稳定性固定,以星载近红外差分干涉仪稳定性结构为研究目标,优化选择光学材料实现实体差分干涉仪的热补偿,提高了光学元件温度稳定性;以支撑结构的最大结构应力和光机粘接面处最大剪切应力小于许用应力为优化目标,建立数学模型,优化设计支撑结构参数,调节组件基频,提高了组件的力学稳定性。有限元分析支撑结构最大应力65.56 MPa,小于材料的抗拉强度,光机粘接面最大剪切应力3.4 MPa;环境温度变化5℃,分光棱镜面形RMS最大变化量1.671 nm,热应力带来的干涉图畸变可忽略。力学振动试验前后,光学测试干涉条纹频率(50个条纹数)未发生变化,差分干涉仪结构满足星载力学环境条件。该方法也适用于棱镜式干涉仪稳定性支撑结构。 展开更多
关键词 近红外差分干涉仪 最优结构 数学模型 结构应力 剪切应力 面形
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基于氧气A带吸收线的被动式对流层风场探测关键参数分析
10
作者 刘欢 冯玉涛 +6 位作者 傅頔 赵珩翔 孔亮 郝雄波 畅晨光 韩斌 王素凤 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期151-162,共12页
为了探索基于氧气A带吸收谱线利用多普勒差分干涉仪实现对流层大气风场探测的技术可行性,建立了从大气吸收谱线入瞳临边辐射到干涉曲线的仪器响应函数数理模型,仿真分析干涉仪光学参数、滤光片参数、系统噪声、仪器稳定性和标准具离轴... 为了探索基于氧气A带吸收谱线利用多普勒差分干涉仪实现对流层大气风场探测的技术可行性,建立了从大气吸收谱线入瞳临边辐射到干涉曲线的仪器响应函数数理模型,仿真分析干涉仪光学参数、滤光片参数、系统噪声、仪器稳定性和标准具离轴效应等对视线风速反演结果的影响,确定光学系统参数的最优取值范围。结果表明,对中心波长位于769 nm的氧气吸收线,当干涉仪非对称量取值6.5~6.7 mm,光谱分辨率取值0.49~0.51 cm^(-1),带通滤光片半波带宽取值0.12~0.21 nm,标准具间距取值0.8~1.4 mm,精细度系数取值30~100,标准具离轴角小于0.2°,标准具透射峰偏移小于0.018 cm^(-1),干涉图信噪比大于40倍时,风速反演精度优于8 m/s,研究结果可为被动式对流层风场探测以及相关仪器设计提供理论参考。 展开更多
关键词 对流层风场 遥感探测 氧气A吸收带 多普勒差分干涉仪 风速反演
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