1 北京理工大学 光电学院， 北京0008
2 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心 （国家空间天气监测预警中心）， 北京100081
3 许健民气象卫星创新中心， 北京100081
为了提高风云三号D星（FY-3D）上搭载的高光谱红外大气探测仪（HIRAS）的辐射定标精度，对HIRAS数据预处理中使用的相位校正模块做了改进。相位校正是预处理流程中的基本处理步骤之一，用于确定干涉图的零光程差位置（ZPD），ZPD是傅里叶变换的中心同时也是傅里叶变换的前提，对反演光谱具有重要影响，但目前业务中使用的相位校正方法只能将ZPD精确到整数采样点，本文基于仪器相位方法将对地观测、黑体观测和冷空观测的光谱相位相互比较，提取出线性相位分量，从而将ZPD精度提升到亚采样级。HIRAS与JPSS-1/CrIS比对结果显示，改进后的相位校正方法使三波段的平均偏差分别下降约0.1 K，0.4 K和0.8 K，三波段的偏差标准差分别下降约0.06 K，0.2 K和1.5 K，同时偏差对目标温度的依赖性也有所降低。改进后的相位校正方法弥补了原相位校正模块的缺点，有效减小HIRAS的辐射不确定度。
高光谱 相位校正 零光程差 仪器相位 hyperspectral phase correction zero optical path difference phase of instrument 光学 精密工程
2023, 31(10): 1419
1 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像重点实验室, 上海 200083
2 国家卫星气象中心中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室, 北京 100081
红外高光谱大气探测仪是我国第二代极轨气象卫星风云三号 D星搭载的大气探测仪器。干涉图零光程差位置的确定是干涉图叠加和傅里叶变换的前提, 在实际应用中由于仪器自身和环境因素的影响使其确定困难。本文根据红外高光谱大气探测仪的在轨实测数据, 分析了零光程差偏差对数据反演的影响, 分别以最大相关法和定标光谱虚部最小法, 检测干涉图的零光程差位置。干涉图校准后黑体和冷空光谱的相位差在 π附近。定标光谱虚部在 0附近, 仅表征噪声。该方法能够很好地用于风云三号 D星红外高光谱大气探测仪的数据预处理。
傅里叶光谱仪 复数定标 零光程差 虚部 Fourier spectrometer complex calibration zero optical path difference imaginary part 光学 精密工程
2020, 28(12): 2573
1 国家卫星气象中心, 北京 100081
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像重点实验室, 上海 200083
风云四号A星干涉式大气垂直探测仪在轨运行以来发现, 受噪声、采样误差、条纹计数错误等影响, 干涉图零光程点会发生定位偏差.干涉条纹平移引起的相位误差与波数成线性关系, 对残余相位进行线性回归分析可以得到零光程差位置的偏移量.利用在轨实测数据, 应用残余相位方法, 分析了零光程点定位偏差校正前后对相位谱及辐射光谱的影响.该方法已经应用于风云四号A星干涉式大气垂直探测仪的在轨数据预处理中, 并取得了很好的应用效果.
风云四号A星 干涉式大气垂直探测仪 干涉图 零光程差 FY-4A geostationary interferometric infrared sounder (GI interferogram zero path difference (ZPD)
张瑞 1,2,3王志斌 1,2,3温廷敦 1,2,3王耀利 1,2,3李克武 1,2,3
1 电子测试技术重点实验室，山西 太原 030051
2 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
3 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原030051
针对现有的静态斜楔干涉具无法实现零光程差，并且对被测光的空间相干性要求较高，进而影响光谱反演的准确性和复杂性问题，提出了一种新型等效斜楔干涉具，该等效斜楔由两种折射率不同的材料构成，两个反射面完全垂直，干涉的两束光是由同一束光分开而得，因此对光的空间相干性无太高要求，并且可以实现零光程差。理论推导了该斜楔不同位置的光程差公式和光谱反演公式，并且设计了该等效斜楔，其最大光程差可达168.3 μm，对光谱测量过程进行了仿真分析，结合最大光程差和所测光谱波段分析了线阵CCD的像元数要求。采用532 nm单纵模激光器和632.8 nm氦氖激光器进行了实验分析，实验结果得到中心波长误差小于0.2%。
等效斜楔 折射率 零光程差 光谱 色散 equivalent wedge refractive index zero optical path difference spectral dispersion
1 电子测试技术重点实验室，山西 太原 030051
2 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
3 中北大学 山西省光电信息与仪器工程技术研究中心，山西 太原 030051
针对现有的静态斜楔干涉具无法实现零光程差，进而影响光谱反演的准确性和复杂性。文中提出一种可以实现零光程差的斜楔干涉具，通过对传统斜楔倾斜面的改进，使其可以实现被测光包含零光程差的干涉信号，理论推导了该斜楔不同位置的光程差公式，并推导得出对应的光谱反演公式；采用硒化锌(ZnSe)材料设计了该斜楔，对其干涉信号、光程差和光谱反演进行了仿真研究，并采用10.64 μm激光器对其进行实验分析，实验结果显示该斜楔干涉信号清晰，光程差可以实现1 450 μm，反演光谱的误差为0.1%。
零光程差 斜楔干涉具 光谱 仿真 zero optical path difference wedge interferometer spectral ZnSe ZnSe simulation
1 中国科学院 上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院 红外探测与成像技术重点实验室,上海200083
分析了太空失重对星载傅里叶光谱仪动镜系统的影响。针对动镜系统受重力影响的两个关键因素,提出了解决措施,并设计了实验室验证方法。考虑空间和地面重力环境的不同,分析了动镜未被驱动时重力对初始定位的影响和动镜被驱动后重力对运动机构回复力矩的影响。设计了精密初始机械限位使动镜从固定起始点开始运动控制,并且采用闭环PID控制与在轨可调整期望运动规律相结合的控制方法来校正动镜机构等效扭转刚度的变化。最后,提出了将整个动镜机构倒置的方式进行地面验证,并设计了动镜正、负位移不对称性偏差以及匀速区速度波动的性能测量方法。实验结果表明,正置和倒置时动镜正、负位移的不对称性偏差可以控制在6 μm以内,其匀速区的速度波动均方根值分别为1.4％和1.1％。实验显示提出的解决方法简单可靠,性能指标满足傅里叶光谱仪的要求,为动镜系统的空间应用提供了技术途径。
傅里叶光谱仪 动镜系统 失重 零光程差位置 机械限位 闭环控制 Fourier transform spectrometer moving mirror system weightlessness position of zero optical path difference mechanical limit closed loop control
1 中国空空导弹研究院,河南 洛阳471009
2 红外探测器技术航空科技重点实验室,河南 洛阳471009
Veeco NT3300表面轮廓仪是基于白光干涉原理的一种非接触测量设备,它的垂直扫描干涉模式可以实现对物体表面形貌的非接触测量。在利用垂直扫描干涉模式对光刻胶形成的透明台阶测量时,设置不同的测量参数会导致较大的测量误差,通过对垂直扫描干涉模式的原理和测量系统的分析,找到了误差产生的原因,并通过合理的测量参数的设置,实现了对透明台阶的准确测量,满足了应用需求。
垂直扫描干涉 零光程差 透明台阶 vertical scanning interferometer zero optical path difference transparent step
清华大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
介绍了一个基于光学倍乘原理的绝对距离干涉测量系统。系统包括两个干涉仪：采用半导体激光器作为光源的定位干涉仪和测量位移的外差干涉仪。介绍了光源的选择，系统的设计以及信号的采集和处理方案。采用这套绝对测量系统，可以实现长度为2m以内的绝对距离测量，定位精度可以达到±0．5μm。
光学倍乘 零光程差 绝对距离测量 相干性 optical multiplication zero optical path difference absolute distance measurement coherence
