地基月球光谱辐照度仪的自动跟踪系统设计

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作者 李萍 李新 +2 位作者 黄冬 张权 潘琰 《量子电子学报》 北大核心 2025年第1期89-99,共11页

月球用于卫星在轨辐射定标具有稳定性高、反射率光谱变化平缓、背景影响小、不受大气影响等优点。由于月球辐射受月相角、月天动平、日月距离等因素的影响,月球定标需要通过地面长期观测以建立高精度的月球辐射模型。为此,设计了一套地... 月球用于卫星在轨辐射定标具有稳定性高、反射率光谱变化平缓、背景影响小、不受大气影响等优点。由于月球辐射受月相角、月天动平、日月距离等因素的影响,月球定标需要通过地面长期观测以建立高精度的月球辐射模型。为此,设计了一套地基月球光谱辐照度仪的自动跟踪系统。该系统利用月球位置算法获得月球的天顶角和方位角以实现初步跟踪,进而利用CCD相机拍摄月球图片进行图像处理以实现精确跟踪。室外跟踪观测实验表明,月球位置计算和图像处理跟踪相结合的跟踪方式具有较高的精确度,平均跟踪精度在0.04°以内,证明该月球跟踪系统具有准确性和可靠性。 展开更多

关键词 遥感 月球定标 跟踪系统 图像处理跟踪 月球跟踪 月球光谱辐照度仪 月球定标

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月球直射辐照度仪同光轴装调及传递定标

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作者 王鑫蕊 李新 +4 位作者 潘琰 李萍 张权 韦玮 秦萌萌 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期158-170,共13页

采用激光水平仪与平面反射镜相结合的方式,在实验室模拟月球对追踪相机与探测镜头进行同光轴装调,避免未同光轴导致测试不到信号或者信号太小造成数据不准确的问题,实验结果显示实验室同光轴装调误差在±0.03°以内。为保证仪... 采用激光水平仪与平面反射镜相结合的方式,在实验室模拟月球对追踪相机与探测镜头进行同光轴装调,避免未同光轴导致测试不到信号或者信号太小造成数据不准确的问题,实验结果显示实验室同光轴装调误差在±0.03°以内。为保证仪器定标系数的准确性,采用已溯源于国家计量基准的标准灯传递定标微光灯的方式,利用激光测距仪与激光水平仪、平面反射镜相结合的方式保证传递定标精度,解决了直接使用标准灯定标带来的探测器非线性响应误差和长定标距离误差的难题。为地基对月观测仪器建立高精度的月球辐射模型提供了一种思路与解决方法。 展开更多

关键词 辐射定标 月球直射辐照度仪 激光水平仪 同光轴 传递定标

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高光谱紫外辐照度仪CCD电路系统的设计及测试

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作者 关怡然 李新 +1 位作者 张权 张艳娜 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期246-256,共11页

为了在地面获得高信噪比的太阳直射紫外光谱辐照度,选用紫外敏感型线阵CCD探测器,研发了高光谱紫外辐照度仪原理样机。设计了CCD电路系统,讨论了电源电路、驱动电路、模拟前端电路以及CCD驱动时序的工作原理与设计方法,并在实验室利用... 为了在地面获得高信噪比的太阳直射紫外光谱辐照度,选用紫外敏感型线阵CCD探测器,研发了高光谱紫外辐照度仪原理样机。设计了CCD电路系统,讨论了电源电路、驱动电路、模拟前端电路以及CCD驱动时序的工作原理与设计方法,并在实验室利用标准灯光源测试了CCD电路系统的非线性和信噪比。结果表明,在340 nm波段下,CCD探测器接收信号约为饱和信号的80%时,系统信噪比超过400。最终,将测试好的CCD电路系统与光机模块装调并进行了波长定标,光谱范围覆盖280~400 nm,实现了对室内光源的紫外高光谱测量,验证了CCD电路系统设计的合理性和可行性。 展开更多

关键词 光谱学 高光谱紫外辐照度仪 光谱定标 线阵CCD 信噪比

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绝对光谱辐照度仪的波长定标 被引量：15

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作者 刘恩超 郑小兵 +1 位作者 李新 张艳娜 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期608-615,共8页

为了提高太阳绝对光谱辐照度仪的波长定标精度,提出了用线阵CCD作为位置传感器进行波长定标的方案,完成了0.4～1.0μm波长的定标。根据仪器的安装结构和Fèry棱镜的参数,描述了波长与CCD像元的对应关系,制定了定标与计算方法,并介... 为了提高太阳绝对光谱辐照度仪的波长定标精度,提出了用线阵CCD作为位置传感器进行波长定标的方案,完成了0.4～1.0μm波长的定标。根据仪器的安装结构和Fèry棱镜的参数,描述了波长与CCD像元的对应关系,制定了定标与计算方法,并介绍了器件的选型及线阵CCD的时序驱动和输出信号的处理。在室内波长定标中,利用可调谐激光器作为光源,确定了CCD像元与中心波长的对应关系,并通过光谱扫描进行了验证。在室外开展了太阳观测实验,并与可见-短波红外光谱仪做了对比。实验结果表明,波长定位精度优于0.5nm,测量的光谱曲线吸收峰与大气典型吸收谱线吻合,同时验证了波长定标方案的可行性与CCD电子学设计的合理性。 展开更多

关键词 绝对光谱辐照度仪 线阵CCD 光谱扫描 时序驱动 信号处理 光谱定标 波长定标

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高精度太阳辐照度仪的光谱扫描测量 被引量：7

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作者 刘恩超 李新 +2 位作者 张艳娜 李文伟 郑小兵 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期609-613,共5页

为了实现对太阳辐射的绝对测量和大气特性的精确反演，研制了光谱覆盖范围在0.4～1.0μm的高精度太阳光谱辐照度仪。太阳辐照度仪采用Fery棱镜实现入射太阳光的色散，闭环控制光谱扫描机构的方法实现光谱扫描。论文详细介绍了太阳辐照... 为了实现对太阳辐射的绝对测量和大气特性的精确反演，研制了光谱覆盖范围在0.4～1.0μm的高精度太阳光谱辐照度仪。太阳辐照度仪采用Fery棱镜实现入射太阳光的色散，闭环控制光谱扫描机构的方法实现光谱扫描。论文详细介绍了太阳辐照度仪光谱扫描测量部分的设计。给出了Fery棱镜的设计要求，实现单一元件完成光谱色散；利用陷阱探测器进行光谱采集，保证了测量精度；结合探测器的性能参数，说明了温控的需求和方法；介绍了光谱扫描结构的设计方法，实现了精确的波长定位；给出了音圈电机的参数、稳定性和供电要求，实现了0.025％的波长定位误差。开展室外观测实验，实现了0.4～1.0μm波段的太阳细分光谱扫描测量，并分别与可见-短波红外光谱仪和自动太阳光度计（CE318）进行了对比。结果表明，辐照度仪的光谱扫描测量结果的吸收峰波长值吻合，与C E318全天测量数据的相对偏差小于0.13％，可见波段的光学厚度的相对偏差小于2％，近红外波段的相对偏差小于4％。 展开更多

关键词 辐照度仪 Fery棱镜 音圈电机 陷阱探测器 光学厚度

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可见-近红外波段太阳光谱辐照度仪的辐射定标方法研究 被引量：9

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作者 张艳娜 刘恩超 +1 位作者 李新 郑小兵 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期11-16,共6页

为了满足可见-近红外波段太阳光谱的高精度观测需求,对使用细分光谱技术进行太阳直射辐射观测的新型太阳光谱辐照度仪,开展了辐射定标方法的研究。使用光谱辐照度标准灯在400nm^1 050nm光谱范围内对仪器进行相对定标,对满足比尔-朗伯定... 为了满足可见-近红外波段太阳光谱的高精度观测需求,对使用细分光谱技术进行太阳直射辐射观测的新型太阳光谱辐照度仪,开展了辐射定标方法的研究。使用光谱辐照度标准灯在400nm^1 050nm光谱范围内对仪器进行相对定标,对满足比尔-朗伯定理的波段采用Langley法进行绝对定标,在整个光谱范围内将辐射基准溯源到大气层顶的太阳光谱辐照度。在甘肃敦煌和安徽合肥两地进行了室外比对实验,仪器观测结果和MODTRAN4.0模型的理论模拟结果一致,和CE318的4个气溶胶观测通道的结果偏差在5%以内,验证了该定标方法的合理性。 展开更多

关键词 辐照度 绝对定标 太阳光谱辐照度仪 标准灯

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基于可调谐激光器的太阳光谱辐照度仪定标方法 被引量：5

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作者 张艳娜 郑小兵 +2 位作者 李新 刘恩超 李文伟 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第8期2678-2683,共6页

太阳光谱辐照度仪是利用棱镜分光技术对太阳直射辐射进行连续光谱测量的新型仪器,为了实现高精度观测要求,开展了基于可调谐激光器的系统级定标方法研究。使用激光导入积分球产生的均匀辐照度场作为定标光源,利用标准辐照度探测器作为... 太阳光谱辐照度仪是利用棱镜分光技术对太阳直射辐射进行连续光谱测量的新型仪器,为了实现高精度观测要求,开展了基于可调谐激光器的系统级定标方法研究。使用激光导入积分球产生的均匀辐照度场作为定标光源,利用标准辐照度探测器作为传递标准,将低温绝对辐射计的辐射标准传递到太阳光谱辐照度仪。在仪器的870nm波段进行了定标实验,与标准灯法、Langley法得到的定标系数进行比对,偏差分别为2.84%和4.08%,验证了该方法的可行性。根据不确定度评估规范,这种定标方法的不确定度优于0.882%,可以用于高精度的太阳光谱辐射观测。 展开更多

关键词 辐照度定标 太阳光谱辐照度仪 可调谐激光器 标准探测器

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溯源于低温绝对辐射计的太阳光谱辐照度仪定标方法研究 被引量：2

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作者 张艳娜 郑小兵 +2 位作者 李新 韦玮 庞伟伟 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期572-579,共8页

为了提高太阳直射光谱辐照度的观测精度,对使用棱镜分光的太阳光谱辐照度仪,在可见-近红外波段开展了基于标准探测器的辐射定标方法研究。建立了可调谐激光器-积分球的辐照度定标装置,以溯源于低温绝对辐射计的标准辐照度探测器作为传... 为了提高太阳直射光谱辐照度的观测精度,对使用棱镜分光的太阳光谱辐照度仪,在可见-近红外波段开展了基于标准探测器的辐射定标方法研究。建立了可调谐激光器-积分球的辐照度定标装置,以溯源于低温绝对辐射计的标准辐照度探测器作为传递基准,通过替代法得到照度仪在可见-近红外10个波段的绝对光谱辐照度响应度,分析得到的合成定标不确定度优于0.95%。与溯源于中国计量院金点黑体的标准灯定标法进行了比对实验,两者的偏差在4.67%的范围内,证明了此辐射标准传递方法的合理性。 展开更多

关键词 辐照度 低温绝对辐射计 标准探测器 太阳光谱辐照度仪 标准灯

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太阳光谱辐照度仪光机系统设计 被引量：1

9

作者 黄雄豪 王洋 +4 位作者 李新 张艳娜 刘恩超 张权 郑小兵 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期806-814,共9页

为高精度监测太阳光谱辐照度变化,设计一款高精度太阳光谱辐照度仪用于获得太阳光谱辐照度数据。该辐照度仪设计了三种光路完成性能指标,其主光路用于测量光谱辐照度,参考光路用于波长标定,太阳跟踪光路用于室外精密跟踪太阳。详细介绍... 为高精度监测太阳光谱辐照度变化,设计一款高精度太阳光谱辐照度仪用于获得太阳光谱辐照度数据。该辐照度仪设计了三种光路完成性能指标,其主光路用于测量光谱辐照度,参考光路用于波长标定,太阳跟踪光路用于室外精密跟踪太阳。详细介绍了辐照度仪主光路的设计,主光路采用Féry棱镜进行色散与会聚,辐照度仪入射狭缝通过Féry棱镜成像到棱镜焦平面。通过旋转棱镜,在辐照度仪焦平面通过两个单元探测器获得380~2500 nm光谱辐照度。通过理论分析和实验验证,在380~2500 nm光谱范围内仪器的光谱分辨率小于40nm。采用标准灯对太阳光谱辐照度仪进行光谱响应范围验证,结果表明仪器的光谱范围满足测量需求。 展开更多

关键词 几何光学 太阳光谱辐照度仪 光学设计 Féry棱镜

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宽波段太阳辐照度仪光谱定标方法研究

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作者 黄雄豪 李新 +2 位作者 刘恩超 郑小兵 翟文超 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期52-60,共9页

宽波段太阳辐照度仪采用fèry棱镜分光,利用线阵CCD反馈控制光谱扫描,波长覆盖范围为400~2 500nm.为实现该仪器的高准确度光谱定标,在实验室内利用单波长激光器和OPO激光器分别作为光源.通过光谱扫描,得出定标波长与CCD像元的对应关... 宽波段太阳辐照度仪采用fèry棱镜分光,利用线阵CCD反馈控制光谱扫描,波长覆盖范围为400~2 500nm.为实现该仪器的高准确度光谱定标,在实验室内利用单波长激光器和OPO激光器分别作为光源.通过光谱扫描,得出定标波长与CCD像元的对应关系.根据棱镜参量和光路设计参量推导出全波段内光谱定标方程,实现全波段光谱定标.通过与其他特征波长比较,分析得出光谱定标合成不确定度优于0.5nm.用定标好的仪器进行室外测量,将测量结果与大气辐射传输软件modtran4模拟结果相比对,可得实际测量的大气吸收峰与模拟结果一致.将该方法在红外波长区域定标结果与传统的多项式拟合光谱定标方法对比,显示该定标结果优于传统多项式拟合方法.证明该定标方法的正确性和仪器设计的合理性. 展开更多

关键词 太阳辐照度仪 Fèry棱镜 光谱扫描 光谱定标 大汽吸收峰

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太阳光谱辐照度仪波长扫描设计

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作者 王洋 李新 +2 位作者 黄雄豪 刘恩超 张艳娜 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期519-530,共12页

针对当前气候变化对太阳光谱辐射的观测需求,为精确监测太阳光谱辐照度,研制了波长扫描型太阳光谱辐照度仪。该太阳光谱辐照度仪主要由光谱测量单元和波长扫描单元组成,其中波长扫描单元作为色散光谱的精密定位机构,是保障仪器测量精度... 针对当前气候变化对太阳光谱辐射的观测需求,为精确监测太阳光谱辐照度,研制了波长扫描型太阳光谱辐照度仪。该太阳光谱辐照度仪主要由光谱测量单元和波长扫描单元组成,其中波长扫描单元作为色散光谱的精密定位机构,是保障仪器测量精度的关键。为此,设计了基于小型交流伺服电机的波长精密扫描定位装置,采用定时器主从方式控制电机旋转,并利用STM32驱动线阵CCD工作,结合CCD检测的光斑质心位置与预设位置的偏差进行闭环控制,闭环控制精度小于2个像元宽度。最后,对线阵CCD的质心位置检测的重复性以及扫描定位装置的稳定性进行测试,测试结果表明CCD质心位置检测的标准差为0.0693,最大偏差不超过0.3像元宽度,系统运行时闭环精度小于2个像元宽度,满足波长扫描的重复性和稳定性要求。 展开更多

关键词 光电子学 太阳光谱辐照度仪 波长扫描 伺服电机 线阵CCD

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