干涉成像光谱仪切趾函数对复原光谱的影响分析 被引量：11

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作者 张文娟 张兵 +2 位作者 张霞 高连如 张维 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期227-232,240,共7页

随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其... 随着搭载干涉成像光谱仪HJY20-1-A的我国环境与减灾遥感卫星HJ-1A即将发射,我国干涉光谱成像研究也从实验室开始走向实用化.在干涉光谱成像过程中,切趾函数处理是干涉成像光谱仪光谱复原过程中的一个重要环节,对复原光谱的精度有着极其重要的影响.根据HJY20-1-A的参数设置,文中首先模拟了24种典型地物对应于HJY20-1-A和其它最大光程差设置的干涉成像光谱仪数据,在不同切趾函数作用下的复原光谱,结果表明Hann ing函数是其中最有效、最为稳定的切趾函数,同时发现切趾函数的应用虽然可以提高复原光谱的精度,但与真实光谱仍存在一定差距,尤其对应HJY20-1-A,复原光谱的精度更加有限.在以上分析基础上,提出了基于仪器线型函数标准化的光谱复原改进算法,实验结果证实了该方法可以显著提高复原光谱精度,尤其适用于最大光程差较小的空间调制型干涉成像光谱仪.最后,就HJY20-1-A复原光谱对3种典型植被指数求解,进一步证明了该方法的有效性. 展开更多

关键词 高光谱遥感 干涉成像光谱仪 切趾函数 光谱复原 植被光谱指数

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超光谱空间干涉数据切趾函数与信噪比关系研究 被引量：4

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作者 李志伟 施海亮 +1 位作者 罗海燕 熊伟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期29-33,共5页

干涉光谱技术在大气遥感、天文探测及地物勘察等诸多领域的应用是当前国内外研究热点,光谱重构作为遥感数据处理的重要环节与探测精度紧密相关。干涉数据由于有限光程差采样导致复原光谱出现频率泄露,切趾函数在光谱重构过程中可以起到... 干涉光谱技术在大气遥感、天文探测及地物勘察等诸多领域的应用是当前国内外研究热点,光谱重构作为遥感数据处理的重要环节与探测精度紧密相关。干涉数据由于有限光程差采样导致复原光谱出现频率泄露,切趾函数在光谱重构过程中可以起到平滑光谱、保持复原光谱和其他类型分光技术探测光谱一致性的作用,但同时会造成重构光谱的分辨率下降。已有研究表明切趾函数并没有提高反演精度,同时多个典型大气遥感载荷地面数据处理过程中并未使用切趾函数。空间外差光谱技术由于其诸多优点在国内外引起广泛关注,中科院安光所基于该技术成功研究出用于大气CO2探测的原理样机。信噪比是光谱仪的核心指标之一,从信噪比、光谱分辨率和探测精度之间的关系出发研究切趾函数在干涉数据光谱重构中的影响。针对当前传统切趾函数并没有达到最优旁瓣抑制效果,以诺顿-比尔切趾函数为基础,在分辨率降低相同的情况下,获取最大的旁瓣抑制程度为判据构造了10种不同光谱展宽程度的切趾函数。利用SCIATRAN辐射传输模型分析了大气CO2遥感探测中不同气体浓度造成的大气层顶的辐亮度差异,推导了典型条件下不同光谱分辨率满足1%探测精度需求的信噪比要求。以实验室空间外差光谱仪样机参数为基础,通过仿真干涉数据和本文构造切趾函数分析了不同切趾程度下光谱分辨率和信噪比的变化关系。最后利用实验室研制的样机开展了实验验证,通过观测稳定均匀积分球辐射源获取干涉数据在不切趾的情况下计算信噪比,以及干涉数据进行不同程度切趾后复原光谱信噪比。仿真和试验结果表明干涉数据由于切趾对噪声的抑制信噪比逐渐升高,同时造成光谱分辨率逐渐下降,而探测精度由于分辨率下降对光谱信噪比的要求也逐渐升高。探测精度对信噪比的需求提高明显高于切趾作用下光谱信噪比的升高趋势,仿真数据和实测数据信噪比分别在切趾程度大于1.6倍和1.8倍的情况下低于探测精度对仪器信噪比需求,即白噪声在噪声中占主导的情况下不切趾更有利于探测精度的保障。该研究结果可以作为干涉数据光谱重构的参考。 展开更多

关键词 遥感 空间外差光谱技术 切趾函数 信噪比 光谱分辨率

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切趾函数光纤布拉格光栅的光谱特性研究

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作者 聂鹏程 余先伦 +2 位作者 刘嘉伟 关莉珍 王雨行 《激光杂志》 CAS 北大核心 2023年第4期114-118,共5页

均匀光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的反射谱存在旁瓣干扰,对波长解调过程会产生一定干扰,从而对传感测量结果造成一定误差。在FBG中引入切趾函数能够解决这一问题,有效抑制旁瓣。通过对切趾函数FBG耦合模理论的分析,获得了... 均匀光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的反射谱存在旁瓣干扰,对波长解调过程会产生一定干扰,从而对传感测量结果造成一定误差。在FBG中引入切趾函数能够解决这一问题,有效抑制旁瓣。通过对切趾函数FBG耦合模理论的分析,获得了光栅参数变化对切趾FBG反射谱的作用情况。仿真实验结果表明,加入切趾函数会对FBG反射谱的旁瓣数量及大小起到明显抑制作用,反射率、中心波长、半高宽度及检测精度等反射谱特性的变化情况会受到光栅参数的影响。 展开更多

关键词 切趾函数 旁瓣 耦合模 反射谱

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啁瞅光纤光栅的传输特性与切趾变迹研究 被引量：4

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作者 汪仲清 戴笠 +1 位作者 薛皓 李婧 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2009年第5期54-56,共3页

从麦克斯韦电磁理论导出的耦合模方程出发,应用研究非均匀光纤光栅的传输矩阵法数值研究了啁啾光栅前向波的能量传输、反射谱和时延特性,进而分析比较光纤光栅切趾变迹对反射和时延的影响以及在色散管理方面的应用。通过研究找出了一种... 从麦克斯韦电磁理论导出的耦合模方程出发,应用研究非均匀光纤光栅的传输矩阵法数值研究了啁啾光栅前向波的能量传输、反射谱和时延特性,进而分析比较光纤光栅切趾变迹对反射和时延的影响以及在色散管理方面的应用。通过研究找出了一种余弦切趾函数的光纤光栅,从其特性分析可知这种变迹可以应用在波分复用/解复用、多通道的色散补偿、多通道滤波器等方面。 展开更多

关键词 啁啾光纤光栅 传输矩阵法 切趾函数 色散补偿

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傅里叶光谱仪中的切趾和分辨本领

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作者 李正直 董隽逸 《仪器仪表学报》 EI CAS 1986年第1期68-72,共5页

本文研究了傅里叶光谱仪中切趾对分辨本领的影响。计算表明,切趾不一定导致分辨本领的下降。选择性能优良的切趾函数,甚至可使切趾后的分辨本领高于未经切趾的分辨本领。为分辨两条靠得很近、强度相差甚大的谱线提供了一种方法。

关键词 分辨本领 切趾函数 傅里叶变换 等强度 截断效应 干涉图 光程差 高斯线型 光谱图 光学元件

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大模场啁啾光纤光栅的光谱特性(英文) 被引量：1

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作者 赵保银 段开椋 赵卫 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第7期1794-1798,共5页

将一种矩阵算法拓展应用于数值求解多模耦合模微分方程,并使用该矩阵算法对大模场啁啾光纤光栅的光谱特性进行了理论研究。结果表明,大模场多模光纤光栅因模式的自耦合和互耦合而使反射谱存在多个反射峰,这与单模光纤光栅的反射谱不同... 将一种矩阵算法拓展应用于数值求解多模耦合模微分方程,并使用该矩阵算法对大模场啁啾光纤光栅的光谱特性进行了理论研究。结果表明,大模场多模光纤光栅因模式的自耦合和互耦合而使反射谱存在多个反射峰,这与单模光纤光栅的反射谱不同。由于光栅周期存在啁啾,大模场光纤光栅的反射峰分裂,且峰值反射率减小。使用高斯切趾函数可使反射峰分裂在一定程度上得到改善。 展开更多

关键词 矩阵方法 大模场啁啾光纤光栅 耦合模理论 切趾函数

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基于强度调制的偏振光谱测量技术 被引量：1

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作者 李辉 薛庆生 +1 位作者 白皓轩 李子健 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期119-128,共10页

针对现阶段强度调制偏振光谱测量技术在光程差域内不同通道间存在频谱信息串扰的不足,采用加窗插值傅里叶变换法,研究了不同切趾函数对强度调制偏振光谱测量技术的影响。首先,进行强度调制偏振光谱测量技术理论分析,完成强度调制模块的... 针对现阶段强度调制偏振光谱测量技术在光程差域内不同通道间存在频谱信息串扰的不足,采用加窗插值傅里叶变换法,研究了不同切趾函数对强度调制偏振光谱测量技术的影响。首先,进行强度调制偏振光谱测量技术理论分析,完成强度调制模块的设计;其次,根据强度调制模块的设计指标,模拟入射光的光强信息及采用不同切趾函数的信息解调复原过程;最终,对强度调制偏振光谱测量系统进行仿真,根据仿真模型结合高分辨率光谱仪、平行光管等器件完成偏振光谱测量装置的搭建,进行偏振光谱测量实验。研究结果表明,偏振光谱测量系统设计指标选择合适的切趾函数可以减少光强信息截断过程中造成的频谱能量泄露,使光程差域内不同通道之间的串扰信息减少、偏振光谱复原精度提高,不同切趾函数切趾处理后线偏振光的偏振度最小误差由0.0768减小到0.0014,偏振度接近1。 展开更多

关键词 偏振光谱测量技术 高分辨率光谱仪 切趾函数 加窗插值傅里叶变换算法 频谱能量泄露

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傅里叶变换实时红外光谱复原的FPGA实现 被引量：1

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作者 王香云 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期447-451,共5页

为实时获取战场激光、大气污染物气体、毒气等待测物光谱信息的光谱复原,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时光谱采集分析系统。该系统选用迈克尔逊干涉具和碲镉汞探测器获取待测光谱信息,将采集到的数据传入FPGA。利用硬件描述语... 为实时获取战场激光、大气污染物气体、毒气等待测物光谱信息的光谱复原,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的实时光谱采集分析系统。该系统选用迈克尔逊干涉具和碲镉汞探测器获取待测光谱信息,将采集到的数据传入FPGA。利用硬件描述语言VerilogHDL在Xilinx FPGA芯片上依据傅里叶变换(FFT)实现干涉条纹到光谱数据的实时处理。实验结果表明,FPGA实际计算1 024点基2-FFT频谱分布信息与Matlab理论计算结果相同,可满足实时光谱探测的要求。 展开更多

关键词 光谱复原 迈克尔逊干涉具 傅里叶变换 切趾函数 FPGA

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取样光纤Bragg光栅特性的数值模拟分析 被引量：2

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作者 刘晴 黄勇林 《光通信研究》 北大核心 2010年第6期39-41,共3页

文章应用传输矩阵法对取样光纤布拉格光栅(SFBG)的反射谱进行了数值模拟,并分析了折射率调制幅度、占空比、取样周期和光栅长度等光栅参数对其反射谱的影响,在此基础上用切趾函数对其进行旁瓣干扰处理,得到了较为理想的8通道SFBG反射谱。

关键词 取样光纤布拉格光栅 传输矩阵 反射谱 切趾函数

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基于ARTS的傅里叶红外高光谱计算模型研究及其影响因素分析 被引量：2

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作者 王琦 刘磊 +2 位作者 高太长 胡帅 曾庆伟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1711-1716,共6页

在基于红外高光谱辐射数据进行大气遥感方面的研究中,准确模拟红外高光谱数据是很重要的一步。分析了红外高光谱辐射仪的测量原理,建立了基于Atmospheric Radiation Transfer Simulator(ARTS)的考虑仪器干涉图截断与离散化处理过程的正... 在基于红外高光谱辐射数据进行大气遥感方面的研究中,准确模拟红外高光谱数据是很重要的一步。分析了红外高光谱辐射仪的测量原理,建立了基于Atmospheric Radiation Transfer Simulator(ARTS)的考虑仪器干涉图截断与离散化处理过程的正向模型。在该正向模型中,首先采用高光谱辐射传输模式ARTS模拟得到离散化理想光谱,通过逆傅里叶变换将理想光谱转化为干涉图,对干涉图加窗截断处理,模拟仪器响应函数对干涉图的影响,最后采用傅里叶变换得到仪器测量光谱。在这一过程中,窗口函数的选择取决于仪器的干涉图截断方式。未经过切趾处理的仪器,其对应的窗口函数为矩形窗口;经过切趾函数处理,可以减少干涉图截断造成的能量泄露现象。逆傅里叶变换与傅里叶变换过程中必须满足Nyquist采样定律。基于已建立的正向模型,模拟了Atmospheric Emitted Radiance Interferometer(AERI)在Southern Great Plains(SGP)站点的108组晴空辐射数据,并与AERI的实测结果进行比较分析,结果发现理想光谱与AERI实测光谱在吸收线上差异较大,最大残差达到35 mW·sr^-1·m^-2·(cm^-1)^-1(简称RU)以上,增加干涉图截断过程后,模拟光谱与实测光谱的最大残差减小到10 RU以内。截断过程的增加对模拟光谱的精度有明显提高,尤其在吸收线上,模拟光谱明显被平滑,模拟精度显著提高。进一步分析六种常用窗口函数截断处理的结果与AERI实测数据的残差,结果发现,模拟过程中选择窗口函数为矩形窗口时,模拟光谱与AERI实测数据残差最小,基本可以约束在5 RU以内,确定了AERI的干涉图截断方式可以近似看作矩形截断。另外,在理想光谱转换为干涉图的过程中,理想光谱分辨率的选择决定了干涉图信息的采样率以及ARTS的计算效率,因此综合考虑模型计算精度和模型计算效率,确定最佳的理想光谱分辨率对于提高模型计算效能是非常必要的;基于此,本文模拟了不同理想光谱分辨率下的仪器测量光谱,对比分析了模拟光谱与AERI实测光谱的残差分布,并讨论了光谱分辨率对模型计算耗时的影响。结果表明,对于AERI,在对应的正向模型中设置理想光谱分辨率为0.241 1 cm^-1时,可在保证模型准确度的前提下,最大化模型计算效率。 展开更多

关键词 辐射传输模式 正向模型 切趾函数 分辨率

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采用光纤光栅级联结构实现光纤延迟线 被引量：2

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作者 王翀 杜欢 +2 位作者 王静 王菁 王景华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2241-2246,共6页

在使用光纤光栅实现皮秒级别时延的基础上,提出一种光纤光栅与单模光纤相结合的微秒级别级联结构,该结构可以实现中心波长1550~1553 nm范围内,间距为1 nm的窄波长反射型时延线,共1,1.5,2和2.5μs四种不同的时延。将单波长反射的啁啾布... 在使用光纤光栅实现皮秒级别时延的基础上,提出一种光纤光栅与单模光纤相结合的微秒级别级联结构,该结构可以实现中心波长1550~1553 nm范围内,间距为1 nm的窄波长反射型时延线,共1,1.5,2和2.5μs四种不同的时延。将单波长反射的啁啾布拉格光纤光栅与103 m单模光纤连接构成延迟单元,再利用光环形器将4个延迟单元级联并使用内半径为3 cm的光纤绕线盘,将四种延时单元的传输光纤进行整合。借助光纤光栅的反射镜作用,控制不同波长光信号通过不同的传输距离,从而达到时延目的。本文通过对啁啾布拉格光纤光栅的反射谱进行仿真分析,发现相邻反射谱的旁瓣会出现交叠现象,因此使用六个切趾函数对旁瓣滤除。结果显示:不同切趾函数的滤除效果也不同,能够完全滤除旁瓣并且对反射谱包络影响最小的是柯西切趾函数,经柯西切趾后能使不同波长光信号在对应中心波长1 nm范围内反射率达到1,而其他位置均为0。由于使用光纤绕线盘整合延迟单元传输光纤会产生一定损耗,因此对弯曲损耗进行仿真分析,结果表明:弯曲半径相同时,损耗与工作波长成正比;工作波长相同时,弯曲损耗与弯曲半径成反比。当弯曲半径大于2.9 cm时,弯曲损耗曲线变化平缓并趋于0,因此当光纤绕线盘内半径为3 cm时保证了在减小延迟模块体积的同时又不会有过大的损耗。通过TDS784D型示波器对频率为2000 Hz的信号经不同传输距离后的波形进行测试,结果显示经3 m和5 km传输线后信号的各项参数基本保持不变,经过长距离传输后,依然能保持原信号特性,因此使用103 m传输线可达到延迟目的。使用W-GGL型光功率计对不同频率下的输出功率进行测量,与直光纤的输出功率相比,当弯曲半径为2~3 cm时偏差较大,等于3 cm时偏差为0.18 dBm,大于3 cm时则无限趋近,因此设置绕线盘内半径为3 cm符合光纤延迟线的损耗范围。 展开更多

关键词 光纤延迟线 光纤光栅级联结构 反射谱 切趾函数 弯曲损耗

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