【摘要】：太陽是地球最主要的外部能源,與人類的生存和發(fā)展密切相關(guān),太陽輻射的高精度、不間斷監(jiān)測對太陽物理研究和地球氣候研究等方面具有重要意義。面對高精度的太陽光譜輻照度在軌監(jiān)測需求,本文提出了可溯源至SI的星載太陽光譜儀這一課題并對此展開了研究。主要研究內(nèi)容如下:1、太陽光譜儀的設(shè)計與分析為了提高太陽光譜輻照度在軌絕對測量精度,設(shè)計了可溯源至SI的星載太陽光譜儀。根據(jù)大氣層外太陽光譜輻照度分布及變化情況,對儀器光譜范圍及光譜分辨率的需求進行分析,確定了可溯源至SI的太陽光譜儀總體設(shè)計方案,將儀器300 nm-2500 nm光譜范圍分為三個光譜通道,光譜范圍分別為300 nm-1000nm、900 nm-1700 nm和1600 nm-2500 nm,對應(yīng)的光譜分辨率分別為2 nm、4 nm和10 nm。針對每一通道,分別使用平面光柵和凸面光柵為色散元件對儀器完成了光學(xué)設(shè)計,并對設(shè)計結(jié)果進行了公差分析。結(jié)果顯示,平面光柵光譜儀具有更好的公差容忍度,在元件加工和裝調(diào)方面具有優(yōu)勢,凸面光柵光譜儀具有更好的成像質(zhì)量。之后使用光柵色散公式計算、幾何光線追跡以及線擴散函數(shù)卷積三種方法對設(shè)計光譜儀的光譜響應(yīng)函數(shù)及光譜分辨率進行了仿真,結(jié)果顯示在全光譜范圍內(nèi)光譜分辨率滿足設(shè)計需求。2、原理樣機研制為了便于加工和裝調(diào)考慮,最終選擇了基于平面光柵的太陽光譜儀結(jié)構(gòu),完成了300 nm-1000 nm通道平面光柵太陽光譜儀原理樣機的研制。主要工作包括,根據(jù)信噪比和光譜分辨率需求結(jié)合大氣層外太陽光譜輻照度分布情況,對三個通道光譜儀所使用的線陣探測器進行了選型,并根據(jù)選用探測器的性能參數(shù)對太陽光譜儀在軌觀測時的信噪比進行了分析。機械方面,加入了探測器亞像元位移結(jié)構(gòu)的設(shè)計。電路控制方面,完成了與選用探測器配套使用的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng),基于Lab VIEW編寫了PC端的數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)處理程序。實驗測試了基于線陣探測器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的噪聲水平、像元均勻性以及像元響應(yīng)的非線性。最后對原理樣機進行了裝調(diào),光譜分辨率滿足2 nm設(shè)計需求。3、原理樣機定標(biāo)及超光譜分辨率復(fù)原使用汞燈特征譜線和高精度光柵單色儀波長掃描兩種方法完成了太陽光譜儀原理樣機的波長定標(biāo),定標(biāo)不確定度分別優(yōu)于0.11 nm和0.09 nm。利用單色光波長掃描法對原理樣機的光譜響應(yīng)函數(shù)進行了測定,得到光譜分辨率隨波長分布曲線。提出了基于探測器亞像元位移的光譜響應(yīng)函數(shù)測量方法。使用輻照度標(biāo)準(zhǔn)燈對原理樣機進行了實驗室輻照度定標(biāo),全光譜范圍內(nèi)定標(biāo)不確定度優(yōu)于2.84%。對太陽光譜儀溯源至SI的在軌輻照度定標(biāo)進行了分析,全光譜范圍理論定標(biāo)不確定度優(yōu)于1%。最后,對光譜儀超光譜分辨率復(fù)原的理論及裝置進行了分析,基于幾何光線追跡的方法對超光譜分辨率復(fù)原過程進行了仿真,并對超光譜分辨率復(fù)原條件的溯源定標(biāo)進行了分析。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH744.1
【圖文】：

[15]先后執(zhí)行了太陽總輻照度的觀測任務(wù)，在軌的太陽總輻照度觀測任務(wù)記錄如圖1.1所示。觀測結(jié)果顯示了，地球大氣層上界的太陽總輻照度數(shù)值約為 1365W/m2，這一數(shù)值過去被認(rèn)為是恒定不變的，稱為太陽常數(shù)。然而觀測中顯示，太陽總輻照度是變化的，在過去的11 年太陽活動周期[16]內(nèi)變化幅度約為 0.1%，在短時間內(nèi)還曾有過大約 0.3%的變化[17]。在太陽光譜輻照度觀測方面，最早期主要集中在極紫外區(qū)（EUV），如OSO 1 衛(wèi)星等，對紫外波段的觀測載荷包括 SUSIM[18]、SOLSTICE 載荷[19]等

太陽光譜輻照度觀測任務(wù)

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本文編號：2719324