新疆师范大学地理科学与旅游学院, 新疆 乌鲁木齐 830054 新疆维吾尔自治区重点实验室, “新疆干旱区湖泊环境与资源实验室”, 新疆 乌鲁木齐 830054
为了探究新冠疫情防控措施对乌鲁木齐市NO2污染的影响, 更有效的推动大气污染治理, 基于OMI(Ozone Monitoring Instrument)卫星遥感高光谱技术与地面监测资料相互结合, 估算了NO2干沉降通量, 并利用聚类分析与PSCF(潜在源贡献因子)潜在源方法, 对2019年—2021年疫情防控期间乌鲁木齐市NO2扩散轨迹与潜在源进行研究。 利用夜间灯光数据, 百度地图热力图工具, 高德地图POI(Point of Interface)功能区情况, 进一步分析讨论了乌鲁木齐市NO2污染来源。 研究表明: (1)乌鲁木齐市NO2浓度整体表现为: 新市区>沙依巴克区>天山区>水磨沟区>米东区, 2020年(疫情爆发期)与2019年(疫情爆发前期)同期对比发现, 各城区NO2浓度下降明显, 其中沙依巴克区减少幅度最大, 为47.63%, 2021年(后疫情时代)与2020年(疫情爆发期)同期对比发现, 各城区NO2浓度逐渐回升, 其中沙依巴克区增长幅度最大, 为60.09%。 城市热力情况表现为: 天山区>沙依巴克区>水磨沟区>新市区>米东区。 城市热力情况与NO2浓度变化情况大致相同, 米东区城市人口集聚度最低, 故城市热力值与NO2浓度均最低。 (2)长支流为远距离西北方向输送, 距离最远来自于哈萨克斯坦, 气流占比最大, 达80.32%。 短支流主要来自于乌鲁木齐市周边, 气流占比为19.69%, NO2为短寿命气体, 故气流短距离输送对乌鲁木齐NO2影响较大。 各类气流所经过的潜在源区的概率等在空间分布较为一致。 PSCF分析法模拟的潜在源贡献具有较大的可信度。 (3)将大气系统作为一个灰色系统进行分析, 按灰色关联度大小划分为: 标准煤消耗量＞第二产业＞工业总产值＞工业用电量＞人口密度＞汽车拥有量＞第三产业＞第一产业。 在静稳天气条件下基于OMI卫星遥感资料估算乌鲁木齐市各区干沉降通量结果, 该方法可以弥补地面监测的不足, 为干沉降通量的估算提供证据。
高光谱遥感 干沉降通量 乌鲁木齐 Hyperspectral remote sensing Dry deposition flux Urumchi PSCF PSCF OMI OMI 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1981
1 咸阳师范学院物理与电子工程学院，陕西 咸阳 712000
2 西北工业大学自动化学院，陕西 西安 710072
3 西安建筑科技大学机电工程学院，陕西 西安 710055
为解决激光雷达目标点云配准技术中精确配准步骤中所存在的匹配速度慢和匹配误差大的问题，提出了一种基于邻域曲率改进的迭代最近点（ICP）精准化匹配算法。初始配准采用传统的主成分贴合法，给精确配准找到一个较好的初始位置，精配准采用基于领域曲率改进的ICP算法。以斯坦福兔子和场景点云作为实验研究对象，配准结果和数值分析共同表明，基于邻域曲率改进的ICP算法在点云配准中的可行性，且与其他算法相比，所提算法的配准速度更快、匹配精度更高，为三维数据重建和目标识别技术提供一种更高效的新方法。
遥感 激光雷达 邻域曲率 精确配准 迭代最近点算法 点云数据重建 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0228008
1 昆明理工大学化学工程学院, 云南 昆明 650500
2 昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室, 云南 昆明 650093
作为重要的化石能源, 褐煤资源潜力巨大、 分布广泛但综合利用率低。 研究褐煤的分子结构模型, 有助于预测褐煤在热解、 液化和气化过程中的化学反应机理及反应路径, 进而提高褐煤的综合应用水平。 以云南峨山褐煤为研究对象, 利用傅里叶变换红外光谱、 13C核磁共振波谱及X射线光电子能谱等分析测试方法, 获取了峨山褐煤的含碳、 含氧及含氮结构参数。 在此基础上, 借助Gaussian 09计算平台, 采用量子化学建模的方法构建并优化了峨山褐煤的分子结构模型。 研究结果表明: 峨山褐煤的芳碳率为39.20%, 芳香碳结构主要为苯和萘, 且芳香桥头碳与周边碳的比值χb为0.07; 脂碳率为49.51%, 脂肪碳结构主要为亚甲基, 季碳和氧接脂碳; 氧原子主要存在于羟基、 醚氧、 羰基和羧基结构中; 含氮结构则以吡啶为主。 基于元素分析、 13C 核磁共振波谱分析, 又经过热重实验消除褐煤中残余水分的影响后, 计算出峨山褐煤的分子式为C153H137O35N2。 依据分子式及分析结果计算出峨山褐煤的结构单元含量并构建出其初始结构模型, 采用半经验法PM 3基组及密度泛函理论M06-2X/3-21G基组对初始分子构型进行优化。 优化后的分子模型具有明显的三维立体特征, 芳香环之间较为分散且在空间中排列不规则, 芳香簇主要通过亚甲基、 醚氧基、 羰基、 酯基和脂肪环连接, 含氧官能团主要分布在分子边缘, 脂肪族侧链较多。 对优化后的分子模型进行振动频率计算进而获得了分子模型的模拟红外光谱, 其与实验红外谱图吻合度良好, 证明了峨山褐煤分子结构模型的准确性、 合理性。 分子结构模型的构建有利于直观地了解峨山褐煤的分子结构特征, 从而有助于从微观分子角度研究峨山褐煤的宏观性质。 同时, 峨山褐煤分子结构模型可为其在热解、 液化和气化等领域研究中提供理论指导。
峨山褐煤 光谱分析 量子化学计算 分子模型 模拟FTIR Eshan Lignite Spectral analysis Quantum chemical computation Molecular model Simulation FTIR 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1293
1 吉林东光精密机械厂, 吉林长春 130033
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林长春 130022
在航空遥感领域中, 双波段光学系统是最具代表性的光学系统。与单一波段光学系统相比, 双波段系统可以同时探测到背景信号和目标信号, 从而获得更准确的信息。采用离轴反射系统这一方案与折射系统相比, 在满足更长焦距的同时, 又能实现光学系统小型化的目标。本文提出一种基于自由曲面的反射系统作为设计蓝本, 能够获得如下优点: 视场角更大, 光路容易折叠, 系统成像质量高, 能够达到高分辨率成像以及系统的轻量化设计。本文采用动态光学理论对系统初始结构进行求解并通过对系统元件的倾斜与偏移计算获得离轴系统, 系统引入自由曲面获得更加优质的成像质量。系统参数如下: 焦距为 2000 mm, 相对孔径为 1/2, 视场角为 6.×1., 工作波段为 3～5 .m与 8～12 .m, 选用法国 Sofradir公司生产的红外双色焦平面阵列非制冷型探测器; 设计结果表明, 加入自由曲面后系统的成像质量得到了明显改善, 系统在整个工作波段内 MTF值在 14 lp≥0.3。
双波段系统 动态光学 离轴反射系统 自由曲面 轻量化设计 dual-bandsystem dynamic optical theory off-axis reflection free-form surface light weight design
为了提高**系统的战术指标，需要实现红外探测器的快速降温。通过分析探测器结构列出了影响探测器降温时间的相关因素。然后分别进行了降低杜瓦冷台热容、降低热耗、提升冷台部分粘接剂的导热系数以及调整制冷器喷液口到杜瓦冷台距离等方面的降温时间对比试验。通过分析试验结果得出以下结论：对于锥形金属杜瓦来说，影响最大的因素是冷台部分的热容，降温时间缩短与热容降低的比例接近；其次是制冷器与杜瓦之间的热交换效率；改善其它因素也能缩短探测器的降温时间，但效果不明显。该结论为红外探测器降温时间研究的改进方向提供了更为直观的参考。
降温时间 冷台热容 热耗 热阻 cooling time heat capacity of cooling stage heat loss thermal resistance
为探讨天山北坡河谷绿洲城市车流量与对流层NO2垂直柱浓度(VCD)的关系, 基于各城市车流量状况, 利用地基多轴差分光谱仪(Mini MAX-DOAS)在2018年—2019年天山北坡经济带上的综合性大城市乌鲁木齐、 工业型中等城市石河子和工业型小城市阜康市中心区连续固定监测, 并沿城市交通主干道进行车载移动监测, 研究车流量对NO2VCD的影响, 对比分析山盆体系河谷绿洲城市与中东部发达城市污染严重原因的差异。 结果表明: (1)天山北坡大中小城市的车流量日均值大城市乌鲁木齐(1 406辆/5 min)远大于中小城市, 中等城市石河子(203辆/5 min)和小城市阜康(185辆/5 min)差异并不显著(p>0.05), 而各类城市NO2VCD整体差异显著(p<0.05), 其日变化峰值有所差异, 表现为乌鲁木齐(22.613×1015 molec·cm-2)>阜康(17.758×1015 molec·cm-2)>石河子(15.272×1015 molec·cm-2), 三类城市的车流量和NO2VCD的日变化趋势一致, 都呈现出“早晚高, 中午低”的变化趋势; 季节变化中三类城市的车流量和NO2VCD均为: 冬春季>秋夏季; (2)虽然早晚各监测点的车流量有所差异, 但三类城市的车流都集中在市中心附近; 移动监测数据表明, NO2VCD高值出现在车流较高的市区, 并且在各城市风向稳定时, 下风向浓度大于上风向; 由于居住空间差异, 人们在城市各功能区间的活动, 车辆流向和NO2VCD都集中于人流密集的商业区, 说明车辆对NO2VCD具有较大贡献; (3)2009年—2019年10年间天山北坡大中小城市经济生产总值增长率在200%以上, 乌鲁木齐、 石河子机动车增长率超过北京、 上海等发达城市, 城市快速发展, 并处于河谷绿洲地带, 地势南高北低, 冬季逆温层深厚, 静风天数较多, 采暖期长达6个月, 造成冬季污染严重。 天山北坡城市除人为污染排放外, 自然因素对污染物形成聚集作用。
天山北坡 车流量 对流层NO2垂直柱浓度 地基多轴差分光谱仪 The north slope of Tianshan Mountain Traffic flow Troposphere NO2 vertical column density Ground-based MAX-DOAS(Multi-axis differential optical absorption spectroscopy)
1 沈阳化工大学材料科学与工程学院，沈阳 110142
2 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，沈阳 110819
采用溶胶凝胶-燃烧法，柠檬酸为络合剂合成出系列Gd2(MoO4)3∶Eu3+荧光粉。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和荧光光谱对样品的结构、 形貌和发光性能进行了研究。XRD分析表明：稀土离子与柠檬酸为1∶0.5时，800 ℃热处理获得单斜结构的Gd2(MoO4)3∶Eu3+荧光粉。单斜结构的Gd2(MoO4)3 ∶Eu3+荧光粉到正交结构的Gd2(MoO4)3∶Eu3+荧光粉的转换可以通过改变稀土离子与柠檬酸摩尔比和热处理温度等合成条件实现。Gd2(MoO4)3∶Eu3+荧光粉的 形貌受合成条件的影响。荧光光谱研究表明：Gd2(MoO4)3∶Eu3+荧光粉的主发射峰位于616 nm处来自于Eu3+的5D0→7F2电偶极跃迁。正交结构的Gd2(MoO4)3∶ Eu3+荧光粉发射强度明显高于单斜结构的荧光粉。计算5D0→7F2与5D0→7F1跃迁发射的相对强度比值表明：正交结构的Gd2(MoO4)3∶Eu3+中Eu3+局域环境的对 称性较高。
荧光粉 溶胶凝胶-燃烧法 发光性能 晶体结构 phosphor Gd2(MoO4)3∶Eu3+ Gd2(MoO4)3∶Eu3+ sol-gel combustion method luminescence property crystalline structure
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电信息学院光电科学分院, 吉林 长春 130114
设计了一组长焦距轻量型变焦光学系统, 焦距为30 mm ~ 300 mm, 视场角为1.1°~ 11.4°, F数为3.5。由于变焦系统焦距较长, 并且需要在控制口径的前提下减轻质量, 经过对变焦理论进行分析并结合实际情况, 采用正组补偿, 运用Zemax软件, 对变焦系统同时进行像质优化与轻量化设计, 优化过程中加入非球面, 达到简化结构, 提高像质的作用; 在不影响像面照度的情况下, 对轴外光线进行了适当的拦光, 使得有效口径尽量变小, 同时对系统的部分透镜材料进行替换, 平衡了高像质与轻质量间的矛盾, 最终使系统的总体质量从937 g减小到584 g, 且系统像质良好, 轴上调制传递函数在120 lp/mm处大于0.3, 轴外调制传递函数在120 lp/mm处大于0.2, 各视场的调制传递函数在40 lp/mm处大于0.5, 畸变小于1%。根据变焦运动方程, 运用Matlab软件进行编程计算, 得到反映变倍组与补偿组运动过程的凸轮曲线, 在变焦的过程中像面比较稳定, 调焦顺畅。
光学设计 变焦物镜 正组补偿 轻型 optical design zoom lens positive group compensation light weight
1 长春理工大学, 吉林 长春 130012
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
1 000 mm口径主镜的光机装调质量直接影响望远镜光学系统的成像效果。为了改善大口径光电跟踪系统的成像质量, 本文对主镜的装调技术进行了研究。首先, 对影响主镜面形精度的误差进行分配; 其次, 结合具体的主镜支撑结构的形式, 采用典型装调方法对800 mm口径主镜进行详细的装调研究, 实时测得主镜的面形精度; 最后, 综合分析产生装调误差的来源, 提出了一种加工、检测、装调一体化的高精度装调方法。该方法使得1 000 mm主镜在装调后的面形精度波像差RMS值达到了λ/40, 在提高装调质量的情况下显著提高了装调效率。
光电跟踪系统 主镜支承结构 大口径 装调技术 photoelectric tracking system primary mirror bearing structure large aperture alignment technology
1 沈阳化工大学 材料科学与工程学院, 辽宁 沈阳 110142
2 中国振华(集团) 新云电子元器件有限责任公司, 贵州 贵阳 550018
采用溶胶凝胶-燃烧法合成了系列不同掺杂浓度Y3+和Gd3+的LaBO3∶Eu3+发光粉, 对其结构、形貌和发光性能进行了表征。XRD研究结果表明: 发光粉的结构与基质掺杂离子的种类和掺杂浓度有关系。荧光光谱结果表明: 适量比例Y3+和Gd3+离子掺杂将提高LaBO3∶Eu3+发光粉的发光强度。Y3+和Gd3+离子最佳掺杂摩尔分数分别为1.5%和12.5%。 5D0→7F2与5D0→7F1跃迁发射的相对强度比值说明: 掺杂改变LaBO3∶Eu3+中Eu3+局域环境的对称性。发光性能改变主要受晶体结构、掺杂离子电负性影响。Gd3+离子掺杂更有利于发光粉结构稳定性和发光性能的改善。
溶胶-凝胶燃烧法 发光粉 发光性能 sol-gel combustion method LaBO3∶Eu3+ LaBO3∶Eu3+ phosphors luminescence property
