臨近空間風(fēng)溫遙感技術(shù)是研究大氣動力學(xué)、熱力學(xué)特性的重要手段,也是提高空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的必要途徑。針對臨近空間大氣風(fēng)溫遙感探測需求,通過分析臨近空間風(fēng)場和溫度的探測原理和方法,并比較現(xiàn)有星載被動風(fēng)溫探測方式,提出了一種基于視場展寬邁克爾遜干涉儀的近紅外星載風(fēng)溫成像干涉儀,其工作波長為O₂分子在1.27μm的譜線,探測范圍覆蓋整個(gè)臨近空間。論述了系統(tǒng)工作原理和設(shè)計(jì)過程,其中,重點(diǎn)闡述了兼具視場展寬、色差矯正、溫度補(bǔ)償功能的Michelson干涉儀和用于對O₂分子譜線鑒頻的F-P干涉儀的設(shè)計(jì),并進(jìn)行了模擬仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明風(fēng)速測量誤差為18.98%,可滿足臨近空間大氣風(fēng)場和溫度場探測要求。 

【文章來源】：光學(xué)與光電技術(shù). 2020,18(06)

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

近紅外星載風(fēng)溫成像邁克爾遜干涉儀原理結(jié)構(gòu)

如圖2所示，兩個(gè)正交的指向望遠(yuǎn)鏡對臨近空間分時(shí)成像，從而實(shí)現(xiàn)二維風(fēng)場和溫度場的觀測。Michelson干涉儀則對光信號進(jìn)行相位調(diào)制，產(chǎn)生干涉條紋。根據(jù)干涉條紋的變化計(jì)算譜線的頻移和展寬反演出臨近空間風(fēng)溫信息。為了獲取相位連續(xù)變化的干涉條紋，采用“四步法”[14-16]：改變干涉臂后空氣間隙厚度，在基準(zhǔn)光程差附近產(chǎn)生0、λ4、λ2和3λ2光程差，形成連續(xù)相位差為π4的干涉圖像。由于譜線最小波長間隔僅為0.2 nm，采用F-P作為鑒頻手段。F-P視場角較小，所以需經(jīng)望遠(yuǎn)鏡2擴(kuò)束準(zhǔn)直。光束經(jīng)過濾光片和F-P后，被二向色分光片分成強(qiáng)輻射和弱吸收兩個(gè)通道，分別經(jīng)成像系統(tǒng)成像。系統(tǒng)指標(biāo)如表2所示。

考慮實(shí)際使用環(huán)境，Michelson干涉儀應(yīng)滿足視場展寬、消色差和消熱差。合理設(shè)置干涉臂的玻璃材料和長度，可以實(shí)現(xiàn)視場展寬[18]。多邊形分光棱鏡減小光束在分光面處的入射角度，降低光能損耗[19]。邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)如圖3所示。Michelson光程差：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]1.27μm氣輝的星載成像干涉儀風(fēng)溫探測技術(shù)[J]. 何微微,武魁軍,王姝娜,傅頔,王后茂,劉秋新,鄢小虎.  光學(xué)與光電技術(shù). 2019(02)
[2]O3輻射源Michelson測風(fēng)成像干涉儀臨邊觀測正演仿真[J]. 何微微,武魁軍,馮玉濤,王后茂,傅頔,劉秋新,鄢小虎.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2019(05)
[3]大氣風(fēng)場探測星載干涉光譜技術(shù)進(jìn)展綜述[J]. 馮玉濤,李娟,趙增亮,原曉斌,余濤,付建國,武魁軍,郝雄波,傅頔,孫劍,王爽.  上海航天. 2017(03)
[4]地基氣輝成像干涉儀探測高層大氣風(fēng)場的定標(biāo)研究[J]. 唐遠(yuǎn)河,崔進(jìn),郜海陽,屈歐陽,段曉東,李存霞,劉麗娜.  物理學(xué)報(bào). 2017(13)
[5]空間外差干涉光譜儀信噪比研究[J]. 羅海燕,熊偉,施海亮,李志偉.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2017(06)
[6]空間外差光譜儀系統(tǒng)級平場校正方法研究[J]. 施海亮,李志偉,羅海燕,熊偉.  光譜學(xué)與光譜分析. 2017(03)
[7]空間外差光譜儀成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 羅海燕,李雙,施海亮,熊偉,洪津.  紅外與激光工程. 2016(08)
[8]高層大氣測風(fēng)用地基F-P干涉儀的數(shù)值模擬[J]. 王英鑒,王詠梅,王后茂.  地球物理學(xué)報(bào). 2014(06)
[9]大視場消色差溫度補(bǔ)償型風(fēng)成像干涉儀調(diào)制度的分析與計(jì)算[J]. 步志超,張淳民,趙葆常,朱化春.  物理學(xué)報(bào). 2009(04)
[10]邁克爾遜風(fēng)場探測干涉儀視場展寬的實(shí)現(xiàn)[J]. 汪麗,趙葆常,張淳民.  光學(xué)精密工程. 2008(03)

博士論文
[1]中緯度臨近空間大氣風(fēng)場變化特性研究[D]. 楊鈞烽.中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心 2016
[2]干涉法大氣風(fēng)場探測技術(shù)研究[D]. 汪麗.中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所） 2007



本文編號：3576773