相位载波调制解调算法是干涉测量的关键技术之一。阐述了相位载波的调制解调原理,说明了相关参数的最佳选取数值, 介绍了两种传统的相位载波解调算法,描述了相位载波算法存在的有限的动态范围问题、伴生调幅问题、载波相位延迟问题和相应的解决办法。 最后总结相位载波调制解调算法的问题并展望了光纤传感器的发展趋势。

常规手段测量水汽的时空分辨率较低,激光雷达可以有效提高局 地短期天气预报的可信度。通过自研的拉曼激光雷 达,依据误差传递理论,分析水汽混合比的误差。同时,利用无线电探空仪与拉曼激光雷达对比。分析结果表明:激光雷达测量水汽主要包括定标常数、大气透过率 修正和测量信号三个误差源。其中,定标常数误差随高度不变,约为4%,是1.5 km以下误差的主要来源; 大气透过率修正误差随高度升高而增加,洁净天气下对相对误差的影响小于4%;测量信号误差在洁净天气下,较3 km高度以内一般小于20%, 在3 km高度以上,成为误差的主要来源。比对结果显示: 激光雷达计算误差和比对误差一致性较好。上述分析结果对于提高激光雷达在气象预报中的应用起到很好的辅助作用。

在大气相干长度r0的测量中,相同的仪器和数据处理方法,不同的信噪比对实验测得结果有较大影响。通过分析实测中的噪声模型, 利用matlab仿真,保持信号光强度不变,在光斑图像上添加高斯噪声,改变图像的信噪比。以不含背景时的光斑图像求得的r0作真值, 分别求出不同信噪比下r0对真值的相对偏差。发现当信噪比小于5时,相对偏差大幅增加。在相同信噪比下,采用不同的背景 处理方法,发现减去平均背景后,剩下的高斯噪声对质心位置的影响很小。在不同信噪比下,减1倍平均背景及0.6倍背景起伏标准差后相对偏差整体表现最小。

利用POM02太阳光度计测得的数据反演得到气溶胶光学厚度和波长指数,选择晴好天气下德令哈和合肥地区的大气气溶胶光学厚度和 波长指数数据进行统计分析。得到两地气溶胶光学厚度与波长的季节变化关系,并对气溶胶光学厚度的月变化特征进行分析, 得到了两地波长指数、浑浊度系数、气溶胶光学厚度等参数的变化特征,这对研究两地气溶胶光学特性有一定的参考意义。

机动车作为大气PM2.5的重要污染源,其运行产生的氨气(NH3)能与大气中的酸性气体相结合,形成二次污染物。为掌握北京市交通环境中NH3的排放情况, 探索影响交通环境NH3浓度的因素及关系,利用DOAS仪器对交通环境(北航东门天桥下)和城市环境(北京市环境保护监测中心楼顶)NH3的浓度进行 持续7个月的观测。结果显示污染物的排放量总体呈现夏季低、春秋季高的特点,交通环境中NH3的日平均浓度水平(25.19 μg /m3)高于 城市环境(15.90 μg /m3)。全天浓度变化趋势稳定,均有明显的高峰低谷变化,表明交通污染源对大气NH3的贡献较为稳定。从相关性分析 可以看出, NH3与PM2.5、NO2、NOx、CO相关性较高,与NO相关性较弱。分析得出3级以上的风有利于NH3浓度的快速扩散和降低。 对学院路全年各类型机动车排放量和逐小时的排放量进行计算,得到NH3排放量主要来自小型客车(汽油)和出租车(汽油)(占97.9%)。

2016年春节期间, 利用小流量采样器采集西安市大气颗粒物中PM2.5和PM10样品,有效样品30个,使用高效液相色谱仪(high performance liquid chromatography, HPLC)分析样品中16种多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)的质量浓度特征,及组分分布特征。 运用比值法和气象参数对PM2.5和PM10中PAHs来源进行解析。结果表明: 除夕后的颗粒物浓度(PM2.5平均质量浓度 为180 μg·m－3, PM10为286 μg·m－3)明显高于除夕前(PM2.5平均质量浓度为160 μg·m－3, PM10为88 μg·m－3); PAHs主要分布在PM2.5细颗粒中,约占70%以上; PM2.5和PM10中不同环数的芳烃分布主要以3环、4环 和5环为主;春节期间PAHs浓度持续居高, 主要源于冬季采暖煤的不完全燃烧以及汽油车和柴油车等交通污染排放, PAHs浓度的突然骤升主要来源于烟花爆竹的燃烧。

通过分析圆形通光孔径下动镜倾斜角度对干涉调制度和相位误差的影响,设计了定镜动态校正方案。传统的比例-积分-微分(PID)控制器 严格依赖于动态校正系统的数学模型,在实际的闭环系统中无法精确获取模型所有参数。系统采用了模糊PID控制策略,选择模糊输入输 出论域的隶属度函数,制定模糊规则库,再经过模糊推理、清晰化处理,给出了闭环控制系统实现方法。通过实验,验证了此种校 正方法的可行性,有效地摆脱了对校正系统准确的数学模型的依赖,能够将激光干涉调制度从0.6提升到0.99,相位差降低 到0.1°左右,且相对于传统PID控制,稳定性能较好、调整时间较短。

直接观测太阳的星上定标方案中,设计了直径分别为20 mm和0.5 mm的光阑用于切换观测地球和太阳,两个光阑面积比的高精度测量是保证定标精度的关键。 论述了光阑面积的测量原理,基于光阑面积测量的特点,利用激光点阵扫描法和通量比较法分别测得两个光阑与参考光阑的面积比,最终得 出Φ20 mm和Φ0.5 mm光阑的面积比值为1604.381,评估合成不确定度为0.046%。为光阑大面积比的高精度测量提供了可行方案,支持直接观测太阳的星上定标方法。

主要针对星载多路短波红外探测器的温度要求设计了高精度在轨温度控制系统。首先,在对工作温度控制需求进行分析的基础上, 提出了该系统短波红外探测器的温度高稳定性要求;其次设计了高稳定性温度采集电路、低噪声热控驱动电路,并且在FPGA芯片 上基于开关控制算法,产生了脉宽调制信号;然后利用该脉宽调制信号控制热电制冷器的驱动电流,实现了在资源有限的条件下, 温度控制高稳定度的要求。最终性能测试的结果表明,温控精度可以达到±0.1°,满足该多路短波红外探测系统星载工作温度稳定性要求。