1 中国科学院上海天文台，上海 200030
2 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室，江苏 南京 210008
1 064 nm波长大气透过率高、天空背景辐射小，采用该波长激光开展卫星测距，有助于提升测距系统的探测能力，已成为国际测距技术的重要发展趋势之一。采用2.2 nm窄带滤光片，计算并测试了白天情况下1 064 nm波长测距系统的噪声，验证了该滤光片在白天对背景噪声的抑制效果。基于圆心光路调节方法，夜间借助红外相机实现了1 064 nm波长激光发射光路与机械轴的重合度调节，保证了全天区优于5″的激光指向精度，解决了白天观测条件下1 064 nm波长激光精确指向问题。采用重复频率为1 kHz、功率为5 W的1 064 nm激光器，建立了1 064 nm波长白天卫星激光测距试验系统，最远获得了地球同步轨道卫星的有效回波数据，实现了1 064 nm波长白天激光测距。试验研究将为我国1 064 nm在远距离卫星激光测距、空间碎片漫反射激光测距方面的应用与发展奠定了技术基础。
卫星激光测距 1 064 nm 白天 同步轨道卫星 激光指向 satellite laser ranging 1 064 nm daytime geosynchronous orbit satellite laser pointing 红外与激光工程
2020, 49(10): 20200021
红外与激光工程
2020, 49(8): 20190536
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京100191
全天时星敏感器技术可以将星敏感器的应用推广到临近空间飞行器如平流层飞艇和高空气球等平台, 是星敏感器未来发展的一个重要方向。由于白天受到强烈的大气背景辐射的影响, 可见光波段星敏感器的探测能力显著受限。大气背景辐射在短波红外处的强度迅速降低, 因此利用短波红外成像系统在0.9~1.7 ?滋m波段下进行恒星探测成为研究全天时星敏感器技术的一种有效可行的方案。为了系统地分析并验证短波红外全天时星敏感器的可行性, 文中在分析全天时星敏感器探测模型的基础上, 重点讨论了短波红外探测器噪声对星敏感器探测能力的影响并基于探测模型确定了20 km高度处全天时星敏感器的光学参数。基于短波红外探测器研制了全天时星敏感器原理样机, 结合地面处的观星实验, 测试了原理样机的探测性能并验证了全天时星敏感器探测模型的正确性。
全天时星敏感器 建模仿真 短波红外探测器噪声 外场白天观星实验 all-time star sensor modeling and simulation short-wave infrared detector noise daytime star observation experiments 红外与激光工程
2019, 48(11): 1113001
1 中国海洋大学信息科学与工程学院,山东 青岛 266100
2 青岛海洋科学与技术国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室,山东 青岛 266200
新一代静止轨道气象卫星Himawari-8静止气象卫星具有空间分辨率高可持续性观测的特点,对海雾监测具有重要的意义。 星载激光雷达(Cloud-aerosol lidar with orthogonal polarization, CALIOP)可以探测大气的垂直剖面信息。利用CALIOP 数据进行海雾检测,获得4类样本点:中高云、低云、海雾和海表样本点,并将这些样本点用于Himawari-8 日间海雾检测的 通道选择和动态阈值设定的研究中,建立一套Himawari-8日间海雾检测算法。利用CALIOP和中国气象局国家卫星气象中心的 气象卫星雾监测报告数据对海雾检测方法进行验证。对比CALIOP数据,海雾检出率63.42%,漏检样本点中晴空海表占比71.54%; 对比雾监测产品,海雾检测率89.7%。结果表明,提出的海雾检测算法是可行的。
日间海雾检测 动态阈值 Himawari-8 Himawari-8 CALIOP CALIOP daytime sea fog detection dynamic threshold 大气与环境光学学报
2019, 14(3): 211
西安理工大学机械与精密仪器工程学院, 陕西 西安 710048
提出了一种全天时大气温度探测的纯转动拉曼激光雷达系统,选用Nd…YAG脉冲激光器的四倍频输出266.0 nm作为激励波长,避开了强烈的太阳背景光对系统探测大气温度的影响。设计了一种新型三次衍射式双光栅多色仪作为激光雷达的分光系统。仿真结果表明,双光栅多色仪可实现Stokes与Anti-Stokes高低量子数通道转动拉曼谱线的有效提取,对米-瑞利弹性散射信号的抑制率可达到60~70 dB。充分考虑臭氧吸收和荧光对系统探测性能的影响,所设计的日盲紫外纯转动拉曼激光雷达采用模拟探测模式可在12 min的积分时间内实现2.2 km高度范围内大气温度的全天时探测。
大气光学 转动拉曼激光雷达 大气温度 全天时 日盲紫外 三次衍射式双光栅多色仪
国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
白昼条件下,天空背景光散射强烈,星敏感器在近红外波段工作性能更优,但是由于近红外敏感器件本身特性,近红外星图存在着盐粒噪声、图像非均匀性引起的条纹噪声、背景不均匀性及背景过强等特性,导致难以实现对星图中星点进行有效的提取。为了提高星图星点提取能力,提出了一种结合逆谐波均值滤波、能量相关滤波和形态学滤波的多重滤波方法,先后解决星图盐粒噪声、条纹噪声、背景不均匀性及背景过强等问题,并且利用自适应阈值法和质心法实现近红外星图的星点提取。仿真实验结果表明:该方法能够有效地抑制噪声,改善近红外星图质量,星点提取的误差在0.5个像素以内。
全天时星敏感器 近红外星图 数字图像处理 星点提取 滤波 daytime star tracker near-infrared star image digital image processing star distillation wave filtering
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
对空间目标白天探测的关键技术, 包括大气透过率分析、天空背景辐射分布、探测能力计算等进行了研究。在此基础上选取K波段光谱在1.23 m口径地基光电望远镜上进行白天观测实验, 对关键技术进行验证。实验数据表明, 经过优化设计此系统在30°俯仰角时白天极限探测10.38等星, 较未优化前白天探测能力提高24.9%, 为中高轨卫星的全天时观测提供重要依据。
白天探测 光谱滤波 K波段 探测能力 daytime detection spectral filter K band detection ability 红外与激光工程
2018, 47(8): 0804001
1 中国人民解放军91550部队,辽宁大连 116000
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
3 中国科学院大学,北京 100049
地基光电系统白天在可见光波段对空间目标观测时,因受大气散射等因素的影响,探测能力会急剧下降。红外波段较可见光波段具有较强的大气穿透能力,因此在红外波段观测空间目标可以较好地解决白天探测的问题。利用MODTRAN模型计算了不同大气成分对中波红外透射率的影响并进行了分析,并用中波红外成像系统在地基望远镜上进行了观测。实验结果表明,中波红外探测器在白天能极限探测到7等星,平均信噪比为6.236。本研究对白天红外波段地基的空间探测具有一定参考意义。
星等 白天观测 信噪比 star magnitude daytime detection MODTRAN MODTRAN signal to noise ratio
西安理工大学 机械与精密仪器工程学院, 西安 710048
为实现大气水汽的全天时测量, 选用Nd∶YAG脉冲激光器的四倍频输出266.0 nm作为激励光源, 设计日盲紫外域喇曼激光雷达系统.由于低层大气污染造成的臭氧污染, 通过增加大气氧气的振动喇曼散射信号测量通道, 实时反演近地表臭氧浓度的分布, 为修正激光雷达方程中的臭氧吸收提供解决方案.同时, 选用高光谱分辨率光栅和窄带宽激光反射镜设计光栅光谱仪作为激光雷达的分光系统.仿真计算表明, 入射角为10°时, 设计的光栅光谱仪可有效分离并提取氧气、氮气和水汽的振动喇曼散射回波信号, 日盲紫外喇曼激光雷达系统可实现全天时状态下2 km高度范围内大气水汽的廓线探测.
喇曼激光雷达 大气水汽 全天时 臭氧吸收 光栅光谱仪 Raman lidar Water vapor Daytime Ozone absorption Grating spectrometer
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学技术大学, 合肥 230026
利用CCD激光雷达系统对合肥西郊近地面气溶胶消光系数进行了昼夜连续测量, 弥补了传统后向散射激光雷达近地面盲区和重叠区域的数据空白.比较夜间Mie散射气溶胶激光雷达和CCD激光雷达获得的气溶胶消光系数, 验证了CCD激光雷达系统的可靠性.CCD激光雷达系统的白天检测是可行的, 并获得了10~180 m高度的大气气溶胶消光系数, 空间分辨率最高可达1 cm.两种气溶胶消光系数分布表明, 气溶胶消光系数在垂直方向上不是单调递减, 且在一天中剧烈变化.CCD激光雷达检测到的气溶胶消光系数的时空演化图表明, 随着天色变黑, 整体气溶胶具有降低的趋势.CCD激光雷达的气溶胶消光系数曲线的日间检测是可以实现的.
大气光学 气溶胶探测 CCD激光雷达 白天探测 消光系数 Atmospheric optics Aerosol detection CCD lidar Daytime detection Extinction Coefficient
