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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光谱定标技术研究 被引量：19
1
作者 周海金 刘文清 +3 位作者 司福祺 赵敏杰 江宇 薛辉 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2881-2885,共5页
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪用于遥感监测痕量气体的全球分布。该载荷探测地球大气或表面反射、散射的紫外/可见光辐射,利用差分吸收光谱算法来解析痕量污染气体成分的分布和变化。光谱定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础,定标... 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪用于遥感监测痕量气体的全球分布。该载荷探测地球大气或表面反射、散射的紫外/可见光辐射,利用差分吸收光谱算法来解析痕量污染气体成分的分布和变化。光谱定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础,定标的精度直接决定了仪器研制和应用水平的高低。针对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪视场大、波长宽、空间分辨率和光谱分辨率高的特点,提出了相应的光谱定标方法,建立了定标装置,通过寻峰和回归分析计算光谱定标方程,实现了对载荷的全视场光谱定标工作。并利用太阳光的夫琅禾费线对定标精度进行了检验。 展开更多
关键词 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 光谱定标 夫琅禾费线
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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪狭缝函数研究 被引量：3
2
作者 黄珊 司福祺 +2 位作者 赵敏杰 周海金 江宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2008-2012,共5页
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪是一种新型光学遥感仪器,具有分辨率高(0.3~0.5nm)、宽光谱范围(240~710nm)、大视场角(114°视场对应地面2600km)的特点,载荷采用推扫方式,可实现1日全球覆盖监测。载荷通过探测地球大气或地表反射... 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪是一种新型光学遥感仪器,具有分辨率高(0.3~0.5nm)、宽光谱范围(240~710nm)、大视场角(114°视场对应地面2600km)的特点,载荷采用推扫方式,可实现1日全球覆盖监测。载荷通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光,利用差分吸收光谱技术来获取全球大气痕量气体(NO2,SO2,O3等)分布和变化。定标是遥感数据定量应用的前提,同时为获取载荷光谱特性,需要在地面完成载荷的光谱定标。根据大气痕量气体差分吸收光谱仪视场角度大、谱段范围宽、空间和光谱分辨率高等特点,搭建了一套基于二维转台的光谱定标系统,此系统能够完成全视场光谱定标。光谱定标采用标准谱线法,光谱定标光源使用汞灯。光谱响应函数是描述光谱仪光谱响应特性的重要参数,根据光谱响应函数可以获取载荷的光谱分辨率,同时也是基于DOAS反演的关键输入参数,光谱响应函数的精度直接影响大气痕量气体的反演结果。根据载荷实际测试的光谱响应数据,选取了Gauss,Lorentz和Voigt三种函数作为待选的光谱响应函数。为对三种函数模型进行筛选,进行了两种筛选对比测试,首先分别用Gauss函数、Lorentz函数、Voigt函数对载荷的单色光响应数据进行拟合,以三种函数的拟合残差平方和作为评判标准,拟合结果表明Gauss函数作为狭缝函数拟合的残差平方和最小为0.01,Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数拟合的残差平方和分别为0.033和0.021。从载荷单色光响应数据函数拟合的结果分析,Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型。为了进一步验证这一结论,进行了DOAS反演NO2样气的实验,考察三种函数模型对反演的影响。在实验室开展了NO2样气测试,大气散射光通过30*40cm的石英窗口入射到载荷狭缝,将NO2样品池放置在载荷狭缝和石英窗口中间,获取的数据为NO2样气吸收谱,随后充入N2气体获取反演的参考谱,实验在晴朗天气下进行,并能够在较短时间内完成,可以减少外界天气条件对反演结果的影响。实验中NO2样气浓度为8.4812×10^16molec·cm^-2,在利用DOAS进行反演时,设置仪器狭缝函数分别为Gauss,Lorentz和Voigt函数,分析三组不同的函数模型对应的NO2浓度结果,根据反演结果的相对偏差对函数模型进行评价。实验结果表明Gauss函数作为狭缝函数反演结果的相对偏差最小为5.6%,Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数的反演相对偏差分别为28%和15.1%。由光谱响应数据的拟合结果及样气反演结果表明,Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型。 展开更多
关键词 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 光谱定标 狭缝函数 气体反演
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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的实验室定标 被引量：23
3
作者 赵敏杰 司福祺 +3 位作者 江宇 周海金 汪世美 刘文清 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期567-574,共8页
采用四通道凸面光栅成像光谱仪设计了星载大气痕量气体差分吸收光谱仪,该光谱仪用天底推扫方式探测地球地表或天空散射光信号,基于痕量气体对不同谱段光信息的"指纹"吸收和差分吸收光谱算法定量获取大气痕量气体分布。针对该... 采用四通道凸面光栅成像光谱仪设计了星载大气痕量气体差分吸收光谱仪,该光谱仪用天底推扫方式探测地球地表或天空散射光信号,基于痕量气体对不同谱段光信息的"指纹"吸收和差分吸收光谱算法定量获取大气痕量气体分布。针对该光谱仪的大视场、宽谱段、高分辨率(光谱、空间)等特点,提出了相应的光谱定标和辐射定标方法,建立了定标系统,实现了对载荷的光谱定标和辐射定标,并对其定标的不确定度进行了分析。结果表明,载荷光谱定标不确定度为0.027nm,辐射定标不确定度为2.96%,满足给定的技术指标要求,为载荷的定量反演提供了保证。 展开更多
关键词 星载光谱仪 差分吸收光谱仪 痕量气体 光谱定标 辐射定标 定标不确定度
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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪杂散光抑制 被引量：16
4
作者 周海金 刘文清 +2 位作者 司福祺 江宇 薛辉 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2331-2337,共7页
考虑杂散光对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量精度的影响,设计了遮光罩和其他消杂光结构来抑制杂散光,并对杂散光进行了分析。利用TracePro软件分析了系统紫外通道1(240～315nm)的杂散光水平,确定了杂散光传输的一次、二次散射路径... 考虑杂散光对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量精度的影响,设计了遮光罩和其他消杂光结构来抑制杂散光,并对杂散光进行了分析。利用TracePro软件分析了系统紫外通道1(240～315nm)的杂散光水平,确定了杂散光传输的一次、二次散射路径。根据杂散光传输路径,计算了杂散光评价指标点源透射比(PST)曲线,结果显示杂散光抑制措施效果明显,PST小于3×10-5,中心视场杂散光照度水平为5.472×10-4,最终杂散光水平达到了设计指标要求。采用截止滤光片法测量了系统的杂散光水平,结果表明:中心视场杂散光比值为8.167×10-4,和仿真结果接近,验证了仿真过程的准确性,说明设计的消杂光机构能够满足抑制系统杂散光的要求。 展开更多
关键词 星载光谱仪 差分吸收光谱仪 大气痕量气体监测 杂散光 点源透射比 散射路径 遮光罩
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基于0级数据的星载大气痕量气体差分吸收光谱仪在轨衰变监测 被引量：3
5
作者 苏静明 赵敏杰 +3 位作者 周海金 杨东上 洪炎 司福祺 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期686-691,共6页
大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)是一种紫外可见成像光谱仪,主要用于实现高空间分辨率的全球每日大气痕量气体浓度反演。EMI在轨运行期间,受空间环境影响,元器件性能随时间推移会不断衰变。为有效监测其衰变状况,利用载荷对地各轨0级... 大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)是一种紫外可见成像光谱仪,主要用于实现高空间分辨率的全球每日大气痕量气体浓度反演。EMI在轨运行期间,受空间环境影响,元器件性能随时间推移会不断衰变。为有效监测其衰变状况,利用载荷对地各轨0级数据解析出在轨温度,实现长期在轨温度监测;通过计算各轨道星下点黑暗时的暗背景图像噪声的均值和标准差,实现CCD(charge-coupled device detectors)暗背景噪声随时间变化趋势监测,进一步评估空间粒子对CCD像素点的损伤;利用多次在轨测量的内部白光光源在CCD上的响应,评估CCD探测器在轨像素性能和辐射通量的变化;使用EMI在轨测量的0级太阳光谱数据,结合发射前实验室测试得到的二阶高斯函数模型,用最小二乘法反演在轨仪器光谱响应函数(ISRF),实现仪器光谱响应函数的在轨实时更新;利用石英漫反射板(QVD)、备用漫反射板(RSD)多次测量的太阳光谱,计算石英漫反射板在轨相对衰变因子,修正辐射定标系数,实现漫反射板在轨衰变校正。研究表明,EMI载荷在轨两年以来,温度稳定,各通道暗背景均值年增加率约0.25%~1%,暗背景标准差震荡幅度在1.5%以内;在轨ISRF函数变化幅度约2.3%;内部白光源光路响应变化小于1%,石英漫反射板年衰变率UV2通道小于1.75%,VIS1通道小于1%,VIS2通道小于0.5%。 展开更多
关键词 大气痕量气体差分吸收光谱仪 0级数据 在轨衰变 监测
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星载痕量气体差分吸收光谱仪1级数据质量评价 被引量：2
6
作者 程良晓 陶金花 +5 位作者 周海金 余超 范萌 王雅鹏 王志宝 陈良富 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3881-3886,共6页
星载痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)是我国第一台用于监测对流层和平流层痕量气体的高光谱分辨率成像光谱仪。为了充分了解载荷的特点,更好地利用1级数据进行痕量气体反演,本研究对EMI实测的辐照度和辐亮度数据进行了综合评价。研究表明EM... 星载痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)是我国第一台用于监测对流层和平流层痕量气体的高光谱分辨率成像光谱仪。为了充分了解载荷的特点,更好地利用1级数据进行痕量气体反演,本研究对EMI实测的辐照度和辐亮度数据进行了综合评价。研究表明EMI紫外2波段(UV2)和可见光1波段(VIS1)的狭缝函数都表现出明显的行依赖性,其随行波动的标准差是OMI和TROPOMI的6倍以上。对不同行采用不同的狭缝函数,可以提高辐照度光谱的定标精度,进而提高痕量气体反演精度。EMI辐照度和辐亮度数据都有波长漂移现象,平均漂移量分别为0.015和0.03 nm,有明显的行依赖性。目前的波长漂移量满足设计指标(0.05 nm)的要求,但在痕量气体反演过程中仍需进行波长精校准。EMI辐照度数据与OMI和TROPOMI同一天测量的辐照度以及参考太阳光谱高度一致(r>0.95),绝对偏差小于4.3%;通过对比在洁净太平洋地区无云像元的平均辐亮度数据发现,EMI与OMI和TROPOMI也有很好的一致性(r>0.93),平均偏差小于13.2%;说明EMI数据辐射定标精度较高。研究表明当前EMI载荷数据质量能够满足痕量气体反演的要求,可为后续国产载荷的研制和数据质量评估方案提供参考。 展开更多
关键词 GF-5 星载痕量气体差分吸收光谱仪 定标 狭缝函数 数据质量
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大气痕量气体测量的光谱学和化学技术 被引量：43
7
作者 刘文清 崔志成 +4 位作者 刘建国 谢品华 董凤忠 张玉钧 魏庆农 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2004年第2期202-210,共9页
简略评论了大气痕量气体测量的光谱学和化学技术。光谱技术方面重点介绍差分光学吸收光谱(DOAS)、差分吸收激光雷达(DIAL)、傅里叶变换红外光谱学(FTIR)和可调谐半导体激光吸收光谱(TD-LAS),化学测量技术介绍色谱、质谱和色-质联用技术... 简略评论了大气痕量气体测量的光谱学和化学技术。光谱技术方面重点介绍差分光学吸收光谱(DOAS)、差分吸收激光雷达(DIAL)、傅里叶变换红外光谱学(FTIR)和可调谐半导体激光吸收光谱(TD-LAS),化学测量技术介绍色谱、质谱和色-质联用技术、化学发光测量技术、基体分离和电子自旋共振技术以及超声膨胀技术等,并对宽带光谱测量、光谱技术之间、光谱技术与化学技术之间的联用趋势,以及仪器的小型化趋势作了展望。 展开更多
关键词 大气痕量气体 光谱学 测量方法 差分光学吸收光谱 差分吸收激光雷达 傅里叶变换红外光谱学 色谱 质谱
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星载石英漫反射板双向反射分布函数实验测量研究 被引量：5
8
作者 赵敏杰 司福祺 +4 位作者 陆亦怀 汪世美 江宇 周海金 刘文清 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1565-1570,共6页
石英漫反射板用于星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量太阳参考谱的观测系统中,太阳光谱的测量精度将会直接影响痕量气体反演的精度,为保证载荷全视场太阳光谱的测量精度,石英漫反射板需具有良好的朗伯特性,在仪器观测视场内能够提供均... 石英漫反射板用于星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量太阳参考谱的观测系统中,太阳光谱的测量精度将会直接影响痕量气体反演的精度,为保证载荷全视场太阳光谱的测量精度,石英漫反射板需具有良好的朗伯特性,在仪器观测视场内能够提供均匀的光源。为此,在实验室利用双向反射分布函数(BRDF)测量仪,选取F4(聚四氟乙烯)粉压制板作为标准板,采用相对测量法对研制的四种石英漫反射板样品进行了朗伯特性测量,得出了四种样品在波长180~880nm、观测角度-70°^+70°范围内的BRDF。通过对样品BRDF的分析,筛选出了两种工艺下的朗伯特性较好的石英漫反射板作为初选样品,并测量比较了石英漫反射板和F4标准板对太阳光的漫反射光谱,石英漫反射板对太阳光的反射特性较好,可以作为测量用漫反射板获取太阳参考谱。为进一步的紫外辐照、原子氧侵蚀等试验以及对比试验提供了数据支持。 展开更多
关键词 石英漫反射板 双向反射分布函数 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪
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