光谱辐射计与热电式太阳辐射表的外场比测分析

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作者 刘丽莹 李宁 +7 位作者 郑峰 胡小旭 李晖 邵长亮 崇伟 吴志峰 花卫东 张永宏 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3035-3047,共13页

太阳光谱辐照度的精确测量在气象监测、气候变化研究及太阳能应用等领域至关重要。传统热电型辐射表在长期观测中具有广泛应用,但受光谱匹配误差影响,测量精度存在一定局限性。光谱辐射计作为新型精密测量设备,能够提供高光谱分辨率数据... 太阳光谱辐照度的精确测量在气象监测、气候变化研究及太阳能应用等领域至关重要。传统热电型辐射表在长期观测中具有广泛应用,但受光谱匹配误差影响,测量精度存在一定局限性。光谱辐射计作为新型精密测量设备,能够提供高光谱分辨率数据,为太阳辐射的精细化测量提供新的技术手段。该研究通过外场比测实验,系统分析了光谱辐射计与热电型辐射表的测量一致性及偏差来源。结果表明,在全晴天条件下,两类仪器的测量数据具有较高的线性相关性(法向直接辐照度拟合残差<0.5%,水平总辐照度拟合残差<5%),在太阳光谱吸收峰区域,光谱辐射计展现出更精细的光谱结构,可以用于评估热电型辐射表的光谱误差。基于ISO 9060:2018标准,验证分析了光谱辐射计在量化热电型辐射表光谱误差方面的可行性,重点分析了太阳天顶角对测量误差的重要影响,在高光学大气质量条件(AM>5)下,光谱辐射计与热电型辐射表的测量结果具有更显著的非线性偏差,反映了大气散射特性、仪器视场角及光谱响应曲线之间的相互影响作用。从外场比测分析研究的结果来看,光谱辐射计为太阳辐射测量提供了一种更精细化的补充手段并为热电辐射表光谱误差的特性评估提供了必要设备。未来,通过光谱辐射计与传统辐射仪的融合应用,可进一步提升精确观测太阳辐射的技术能力,为气象、环境监测及可再生能源应用提供更可靠的数据支持。 展开更多

关键词 光谱辐射计 热电型辐射表 外场比测 光谱误差 太阳光谱监测

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直接辐射表性能测试研究 被引量：6

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作者 吕文华 边泽强 +1 位作者 崇伟 孙立新 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S1期19-24,共6页

根据WMO关于直接辐射表性能指标的要求,提出了针对响应时间、零点偏置、温度响应、倾斜响应和非线性误差的测试方法。首先介绍了测试条件,然后利用测试设备,结合上述性能指标定义,详细分析了对应的测试方法过程,最后,对四种不同型号的... 根据WMO关于直接辐射表性能指标的要求,提出了针对响应时间、零点偏置、温度响应、倾斜响应和非线性误差的测试方法。首先介绍了测试条件,然后利用测试设备,结合上述性能指标定义,详细分析了对应的测试方法过程,最后,对四种不同型号的直接辐射表的性能测试数据进行分析研究,结果显示,上述测试方法科学可行,被测直接辐射表均达到了ISO一级表的要求,研究成果对直接辐射表性能测试,了解仪器特性,改进产品质量和提高太阳辐射测量具有重要意义。 展开更多

关键词 直接辐射表 性能 测试 非线性 网孔衰减法

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太阳光谱辐射计的信号传递与性能表征模型研究 被引量：1

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作者 刘丽莹 郑峰 +6 位作者 张国玉 徐毅刚 杨礼艳 吕文华 边泽强 崇伟 李野 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3004-3011,共8页

太阳光谱辐射计作为一种专用光谱辐射测量仪器,对于其宽谱段和大动态范围的测量特点,准确完整地表征分光性能是十分重要的。研究内容旨在为太阳光谱辐射计的研制与验证提供明确的理论依据和测试方法,给出清晰而准确的机理模型和指标模... 太阳光谱辐射计作为一种专用光谱辐射测量仪器,对于其宽谱段和大动态范围的测量特点,准确完整地表征分光性能是十分重要的。研究内容旨在为太阳光谱辐射计的研制与验证提供明确的理论依据和测试方法,给出清晰而准确的机理模型和指标模型对光谱仪器系统的设计和评估提供指导。因此,重点阐述了光谱仪器系统的信号传递模型到性能指标模型的推导和建立过程。线谱扩展函数这种串联卷积模型能够综合反映仪器的各个元件对系统的影响,而且很容易通过窄带线谱光源测试而得到,并且线谱扩展函数矩阵能够清晰完整地给出光谱仪器的分光性能细节特性。而在线谱扩展函数的基础上再进一步提取关键几何特征,通过简单的算法定义即可得到半高全宽(FWHM),带外抑制和带外辐射这三项示性函数指标,可以很好地对分光系统的性能进行定量表征,是十分有效的光谱仪器系统性能评估的指标模型。 展开更多

关键词 太阳光谱辐射计 线谱扩展函数 信号传递模型 性能指标模型

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太阳模拟器两轴回转控制系统研究 被引量：3

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作者 胡冰 王凌云 +3 位作者 张国玉 苏拾 姜文璋 杨礼艳 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期94-100,共7页

太阳敏感器是卫星控制系统中的一个重要部件,装星之前需要通过地面试验验证其各项功能及技术指标.本文针对太阳敏感器的地面测试设备——太阳模拟器两轴回转控制系统展开研究.该系统采用伺服电机与绝对式光电编码器相结合的方案,包括偏... 太阳敏感器是卫星控制系统中的一个重要部件,装星之前需要通过地面试验验证其各项功能及技术指标.本文针对太阳敏感器的地面测试设备——太阳模拟器两轴回转控制系统展开研究.该系统采用伺服电机与绝对式光电编码器相结合的方案,包括偏航与俯仰两个回转控制机构,主要用于改变太阳模拟器光轴的方向.给出了回转控制系统的组成和工作原理,并对影响系统精度的因素进行了分析.实验表明,回转系统的角度控制精度优于0.03°,满足该地面测试设备设计时提出的0.04°精度指标. 展开更多

关键词 太阳模拟器 两轴控制 伺服电机

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氢和氧稳定同位素示踪湖泊蒸发的对比研究 被引量：5

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作者 谢成玉 肖薇 +3 位作者 徐敬争 朱珊娴 胡勇博 李旭辉 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期74-85,共12页

氢氧稳定同位素被广泛用于水文循环过程的研究。本文观测了2015年太湖湖水H^2HO和H_2^(18)O组分,分析了它们的时空变化规律及其控制因子,探讨亚热带大型浅水湖泊的同位素富集机制;基于稳定同位素质量守恒法计算太湖蒸发量;评价了动力分... 氢氧稳定同位素被广泛用于水文循环过程的研究。本文观测了2015年太湖湖水H^2HO和H_2^(18)O组分,分析了它们的时空变化规律及其控制因子,探讨亚热带大型浅水湖泊的同位素富集机制;基于稳定同位素质量守恒法计算太湖蒸发量;评价了动力分馏学系数的传统湖泊算法与海洋算法的适用性;重点分析了H^2HO和H_2^(18)O示踪湖泊蒸发的效果,对比二者之间的差异。研究结果表明,在空间上,太湖湖水和河水的氢氧同位素在南部特别是东南部较为富集但在北部区域较为贫化,这主要是受水流方向的控制,东南部湖水经历的蒸发时间较长,因此湖水中同位素累积较多;在季节上,冬季湖水同位素较贫化、春夏季较富集。对于2015年太湖的年蒸发量,用氢同位素示踪的结果与观测值较一致,为880mm;氧同位素的示踪结果略低,为690mm。使用传统湖泊研究中对动力学分馏系数的取值,会导致蒸发被显著低估,而氧稳定同位素的示踪结果对动力学分馏系数的取值更为敏感,同时氢稳定同位素在同位素分馏过程中主要是平衡分馏效应占主导,因此H^2HO在动力学分馏系数的参数化方案中影响较小,在实际应用中更为稳定。本文的研究结果表明了稳定同位素水文学研究中使用合适的动力学分馏系数的重要性。 展开更多

关键词 太湖 蒸发 H2HO H218O 同位素质量守恒模型 动力学分馏系数εk

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嵌入式数据库在自动气象站中的应用研究 被引量：15

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作者 肖贺 薛鸣方 行鸿彦 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2018年第10期197-202,共6页

针对目前自动气象站数据采集器使用普通文件存储数据的方式存在数据可靠性较低、应用程序设计较复杂、数据结构调整灵活性差等问题,设计了一种基于数据采集器的嵌入式数据库管理方法。该方法利用数据库表存储各类气象要素数据和要素名,... 针对目前自动气象站数据采集器使用普通文件存储数据的方式存在数据可靠性较低、应用程序设计较复杂、数据结构调整灵活性差等问题,设计了一种基于数据采集器的嵌入式数据库管理方法。该方法利用数据库表存储各类气象要素数据和要素名,并通过调用数据库提供的API设计数据库访问、数据结构更新和数据库修复程序。实验表明,这种存储管理方式可以有效地提高数据存取的可靠性,简化程序的设计流程并提高其执行效率,同时实现通过终端命令对数据结构进行调整。 展开更多

关键词 嵌入式数据库 自动气象站 数据采集器 气象要素

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基于精密太阳光谱辐射计的气象辐射观测 被引量：6

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作者 刘丽莹 郑峰 +6 位作者 张国玉 徐毅刚 杨礼艳 吕文华 边泽强 崇伟 李野 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3663-3672,共10页

目前,气象业务观测普遍采用的积分型太阳辐射观测仪器存在观测数据信息量少、数据差异大的观测瓶颈,已无法满足目前众多应用科学研究领域对太阳光谱辐射精细化观测的需求,具有高光谱分辨率的精密光谱辐射计的仪器研制及观测方法与技术... 目前,气象业务观测普遍采用的积分型太阳辐射观测仪器存在观测数据信息量少、数据差异大的观测瓶颈,已无法满足目前众多应用科学研究领域对太阳光谱辐射精细化观测的需求,具有高光谱分辨率的精密光谱辐射计的仪器研制及观测方法与技术已成为太阳辐射观测的前沿科技问题。在此背景下,为解决气象领域太阳辐射的精细化观测问题,开展了深入的科学研究与技术开发工作。重点阐述了仪器开发成果和数据观测分析方法,首先介绍了开发研制的用于地基太阳光谱辐照度观测的光谱辐射计系统。光谱辐射计的分光系统采用了平场凹面光栅结构,具有低杂散光、高收光效率和高可靠性的特点,尤其适用于长期无人值守的户外观测。系统所采用的平场凹面光栅的像差校正特性对于300～1 100 nm这种宽谱段的应用来讲更为合适,在整个谱段范围内光谱分辨率变化很小,不同波长通道的带宽基本一致,使用25μm狭缝时光谱分辨率(FWHM)约为2 nm,像素采样间隔小于0. 5 nm。对于太阳辐射观测来讲,这是一种谱段范围和分辨率都与需求十分匹配的专用光谱辐照度观测仪器。其次,在观测数据的基础上,阐述和分析了气象等领域的光谱应用观测方法。太阳辐射照度分布的能量通过不同参数化模型约束的接收系统收集,将太阳光谱辐射在半球天穹中的变化及分布进行约束并划分为水平总辐照度(GHI),法向直接辐照度(DNI)和水平散射辐照度(DHI)三种光谱辐照度辐射分量,阐述了基于GHI,DNI和DHI三种观测形式下的数据特征与用途。其中,GHI是地表实际辐照度水平,适用于太阳能资源评估; DHI反映大气和云态; DNI作为直接透射形式,可用于计算日照时数和分析大气参量。并且,进一步分析了观测形式、光谱特征与地理(经度、纬度、海拔高度、大气质量)及气象参数(云量、大气吸收)之间的互易演算关系。与传统的波长积分式辐射观测相比,太阳光谱辐射计为辐射能量观测增加了波长信息维度。从DNI形式的光谱辐照度数据中可以看出,不同波长之间的辐射能量变化显著,而这些变化与大气变化密切相关。因此,太阳光谱辐照度数据不仅仅是为业务观测提供更精细化的太阳辐射信息,更提供了丰富的辐射能量的变化信息通道,利用特征波长维度的辐射信息,可进一步通过模型反演计算气溶胶光学厚度、臭氧、水汽等大气参数。通过精密太阳光谱辐射计,可将纳米分辨率水平的太阳光谱辐照度作为基础业务运行数据,提供精细化的太阳辐射分布及变化信息用于气象与气候模型、光伏资源评估与生态环境等研究;同时也为辐射波长分布中所蕴含的气候、农业、生态等领域关心的各种通量监测和演化关系研究提供了有力的数据信息及观测工具。 展开更多

关键词 太阳光谱辐照度 光谱辐射计 法向直接辐照度 水平总辐照度 水平散射辐照度

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小型CCD光谱仪波长定标精度控制与影响分析 被引量：6

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作者 刘丽莹 李野 +2 位作者 郑峰 张国玉 徐毅刚 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期19-27,共9页

在光谱仪硬件性能基础上,波长定标是进一步引入误差的关键环节。若在定标方程系数固化过程中引入误差水平等同于像素采样误差,则在实际应用中波长测量误差就是在像素采样和波长定标方程计算环节上叠加引入2次误差,将造成测量误差的成倍... 在光谱仪硬件性能基础上,波长定标是进一步引入误差的关键环节。若在定标方程系数固化过程中引入误差水平等同于像素采样误差,则在实际应用中波长测量误差就是在像素采样和波长定标方程计算环节上叠加引入2次误差,将造成测量误差的成倍扩大。以自主研制的小型光谱仪为基础,旨在通过数据分析研究波长定标环节中的影响因素,进而给出避免扩大误差的有效方法。所用的光谱仪在100μm狭缝下半峰全宽(FHWM)约为5nm,像素波长间隔约为0.45nm,硬件系统的波长误差理论上为半像素波长间隔0.225nm。重点分析了测量噪声和峰位判定算法对定标精度的影响,并提出采用多次测量均值降噪结合高斯拟合峰位判定法来提高定标精度。与传统的直接极值法相比(定标方程均采用5次多项式),定标方程拟合残差的2倍标准差约为0.1nm,传统直接极值峰位判定法下,定标方程拟合残差的2倍标准差为0.37nm。通过研究,波长定标过程中的3个误差控制关键环节分别是测量噪声控制、峰位判定算法及最小二乘平差。通过选择适当的算法参数值,将波长定标拟合残差的标准差控制在约1/10pixel波长间隔水平,充分体现了高斯拟合峰位判定算法的多像素统计优势。 展开更多

关键词 光谱仪 波长定标 噪声 不确定度 峰位判定

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太阳辐射观测仪余弦误差修正方法 被引量：8

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作者 郑茹 张国玉 +2 位作者 高越 杨礼艳 徐毅刚 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期91-96,共6页

为了提高太阳辐射观测仪测量准确度,针对余弦校正器自身漫射特性和菲涅耳反射引起的余弦误差,研究了不同安装形式、不同结构下修正余弦误差的方法.结合太阳辐射特性和余弦误差的产生因素,提出了余弦校正器外露、余弦器外露配合挡光环两... 为了提高太阳辐射观测仪测量准确度,针对余弦校正器自身漫射特性和菲涅耳反射引起的余弦误差,研究了不同安装形式、不同结构下修正余弦误差的方法.结合太阳辐射特性和余弦误差的产生因素,提出了余弦校正器外露、余弦器外露配合挡光环两种安装形式下的余弦误差修正方法,以及余弦校正器、积分腔两种结构形式下的余弦误差修正方法.根据太阳辐射观测仪的使用要求,利用TracePro对不同安装方式下的余弦误差进行建模仿真,利用高准直性太阳模拟器配合转台和转臂模拟不同方向的准直太阳光,并实测余弦误差.实测结果表明,余弦器外露配合挡光环形式下,入射角小于±80°,余弦误差可优于±6%.该修正方法可有效地减小太阳辐射光大入射角情况下的余弦误差,提高太阳辐射观测准确度. 展开更多

关键词 太阳辐射观测仪 余弦误差修正 仿真分析 余弦校正器 菲涅耳反射

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CCD光谱辐射计的非线性特性建模与校正 被引量：1

10

作者 刘丽莹 李野 +3 位作者 郑峰 张国玉 徐毅刚 杨礼艳 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期181-195,共15页

采用自主研制的CCD光谱辐射计,对CCD探测器的积分时间和光强灰阶2个关键参数的非线性参数依赖特性进行实验与建模,给出CCD的微分非线性量化表征函数,并以此为基础实现CCD在多级尺度下自动积分时间调整测量的非线性修正.以激光作为输入... 采用自主研制的CCD光谱辐射计,对CCD探测器的积分时间和光强灰阶2个关键参数的非线性参数依赖特性进行实验与建模,给出CCD的微分非线性量化表征函数,并以此为基础实现CCD在多级尺度下自动积分时间调整测量的非线性修正.以激光作为输入光源进行双参数调节响应特性测试,并对CCD光电转换非线性特性进行分析.根据数据集曲线族的结构特征重构数据表征空间,在新的表征坐标下进行CCD的参数依赖非线性变化关系的拟合建模.结果表明,在多级尺度范围内,该模型能够通过2个参量描述CCD光谱辐射计产生的非线性偏差变化的精确函数关系,即实现了相关双参数在CCD光电转换过程中产生非线性偏差现象的精准量化表征.采用该模型进行非线性校正后与监测功率计进行比较,发现该模型能够有效地将非线性偏差降低至±2%以内. 展开更多

关键词 CCD光谱辐射计 非线性 多级尺度 仪器亮度 积分时间

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基于STM32降水现象仪检测装置设计 被引量：18

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作者 戴学飞 行鸿彦 张晓宇 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2017年第10期1596-1601,共6页

针对目前用于检定翻斗雨量计的流量式标准仪器以及采用与雨滴性质相近的玻璃球模拟降水粒子并不能对光学降水现象仪探测性能进行检验的问题。设计了一款基于STM32为数据处理与控制核心的降水现象仪检测系统,通过可控速度的圆盘调节模拟... 针对目前用于检定翻斗雨量计的流量式标准仪器以及采用与雨滴性质相近的玻璃球模拟降水粒子并不能对光学降水现象仪探测性能进行检验的问题。设计了一款基于STM32为数据处理与控制核心的降水现象仪检测系统,通过可控速度的圆盘调节模拟粒子速度,以及在圆盘上贴有不同直径大小的贴片来模拟粒子大小的方法,用以检验光学降水现象仪检验降水粒子速度与尺度的效果。实验表明,该设计可以同时控制模拟降水的下落速度和尺度大小,对检验和衡量雨滴谱仪的测量准确性以及性能判定具有重要现实价值。 展开更多

关键词 降水现象仪 STM32 模拟粒子 检验

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数字式电场测量系统的设计 被引量：2

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作者 李家成 沈艳霞 +1 位作者 周琦 徐明 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2017年第6期64-68,共5页

场磨式电场测量系统广泛应用在雷电预警、环境质量监控等领域,但存在测量精度低、电路结构复杂、维护不方便等缺点。针对这些问题,采用FPGA设计了基于差分式结构的数字式电场测量系统,通过对电场仪探头结构、信号处理电路等方面的改进,... 场磨式电场测量系统广泛应用在雷电预警、环境质量监控等领域,但存在测量精度低、电路结构复杂、维护不方便等缺点。针对这些问题,采用FPGA设计了基于差分式结构的数字式电场测量系统,通过对电场仪探头结构、信号处理电路等方面的改进,消除了测量过程中产生的共模干扰同时简化了电路结构,制作了实验原理样机并进行了实验室标定和外场测试。测试结果表明,该系统比传统场磨式电场测量系统具有更高的测量精度,能完全满足电场测量的需要。 展开更多

关键词 电场测量 数字式 FPGA

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基于多尺寸特征图卷积方法的玉米雄穗检测 被引量：4

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作者 吴佳 许立兵 +1 位作者 孙立新 行鸿彦 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第27期48-52,共5页

为了解决传统雄穗检测方法因玉米品种不同以及田间环境不同导致的检测误差较大、鲁棒性较差的问题,利用深度卷积神经网络提取特征,并对多尺寸特征图卷积的方法检测玉米雄穗。采用深度卷积神经网络inception作为基础网络来训练提取玉米... 为了解决传统雄穗检测方法因玉米品种不同以及田间环境不同导致的检测误差较大、鲁棒性较差的问题,利用深度卷积神经网络提取特征,并对多尺寸特征图卷积的方法检测玉米雄穗。采用深度卷积神经网络inception作为基础网络来训练提取玉米雄穗特征,同时增加额外的卷积层对图像进行卷积提取特征,最后分别对基础网络中的两层卷积层以及额外的卷积层卷积得到的不同尺度特征图进行分类和位置回归。整体网络结构是多尺度端到端框架,效率高,方便检测不同尺度的雄穗。实验结果表明,此方法提高了雄穗检测的速度和准确率。 展开更多

关键词 卷积神经网络 卷积层 特征图 雄穗检测

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