空间天文紫外偏振探测技术研究进展

新型空间天文探测技术在科学进步和国家发展方面起着至关重要的作用。其高精度的观测提供了独特的机遇,深化了人们对宇宙的理解,同时推动了天体物理学和宇宙学的前沿研究。这些探测不仅为理论模型的验证与发展提供了不可或缺的数据,还在基础物理学领域催生了新理论。在国家层面,拥有先进的空间天文探测技术不仅凸显了国家在科研领域的实力,同时为培养高水平的科研人才提供了重要平台,有助于国家在全球科研舞台上赢得竞争优势。因此,对新型空间天文探测技术的研究和发展显得十分紧迫。天文紫外偏振作为一种创新的空间天文探测手段,相较于传统探测手段,紫外偏振测量技术能够提供多维度的观测数据,进而实现全方位的宇宙感知能力,具备巨大地应用潜力。鉴于目前尚未有关于空间天文紫外偏振探测的系统性综述报告和文章,因此,文中从紫外偏振科学研究的角度出发,总结已有的紫外偏振载荷,挖掘这一领域技术发展的思路和途径,最后对该技术未来发展方向进行展望与总结,为我国在该领域的未来研究提供有益参考。     

天空背景红外辐射亮度测量及其对目标探测的影响分析

天空背景的红外辐射特征对目标侦察探测具有重要意义。利用3μm～5μm中波、8μm～12μm长波红外测量设备对天空背景红外辐射亮度进行了测量,长波波段辐射亮度在3.7～13.6 W?m－2?sr－1,中波波段辐射亮度在0.05～0.48 W?m－2?sr－1,相同条件长波辐射亮度高于中波辐射亮度1～2个数量级;随着观测角增大,天空背景辐射亮度显著降低,同时太阳辐射、大气温度等因素也对天空背景辐射有较大的影响。利用测量结果仿真分析了天空背景辐射对目标侦察探测距离的影响,结果表明当观测角由9.6°降低到1.9°时,红外搜索跟踪系统探测距离会减少41.5%～46.2%。     

土壤热红外辐射及其偏振辐射特性影响因素分析

针对目前地面目标热红外通道辐射特性及其偏振辐射特性的遥感探测需求,将五大典型地面目标之一——土壤作为研究对象,并利用地物热红外多角度偏振遥感测量平台及仪器获取了不同因素影响下的土壤热红外多角度热辐射与偏振辐射数据.分别从探测角、方位角、波段、偏振角和土壤类型五个方面研究了土壤的热辐射特性及其偏振辐射特性.结果 表明,当...     

半透明平板对辐射亮度的衰减影响分析

在半透明平板作为辐射亮度传输介质前提下,讨论了半透明平板对辐射亮度的衰减作用,利用正、逆向光线追迹法追踪了每条光线的传输路径,不仅考虑了平板作为传输介质对辐射亮度的衰减作用,还考虑了辐射亮度在平板内传输时,平板表面对其反射所引起的衰减.相比较传统算法中仅考虑平板作为传输介质对辐射的衰减,在考虑了半透明平板对辐射亮度的反射作用后,计算得出的结果更为精确,尤其是在出射角为π/2时,该算法计算精度相比较传统算法提高了11.97倍.     

圆偏振周期量级激光脉冲作用下电子辐射的空间分布

在电子汤普孙散射的经典理论的基础上,通过理论分析和计算机模拟,研究圆偏振周期量级激光脉冲作用下电子辐射的空间分布特性,提出可能的应用方向。研究发现,在相对论光强下,随着激光强度的增强,电子辐射逐渐增强,能量不断的向辐射中心集中,辐射能量分布的方向性逐渐突出;当改变激光的初相位时,电子辐射的总体方向发生偏移,表现为辐射分布图形的对称平面发生旋转,且旋转角度与激光初相位角改变大小相同。本文所进行的相关探讨基于电子辐射的三维空间立体图,所得到的有关电子谐波辐射的结论,可以为实验和工程上对电子辐射和激光参数测量的相关应用提供参考。     

偏振方向对ZnTe电光THz辐射探测的影响

在实验上研究了探测光的偏振方向对ZnTe晶体THz探测的影响 .在一周 36 0°范围内 ,测量出现两次零值 ,角度间隔为 180° ,在两个零值之间的 90°处出现不为零的小值 ,4 5°处不为最大值 .将ZnTe晶体在THz辐射电脉冲作用下产生的电光效应等效于瞬间任意波片 ,用琼斯矩阵法模拟实验过程 ,结果表明除在 90 0 处出现零值外其余模拟结果与实验结果相符 .用THz光子与横光学声子相互作用模型对此进行了定性解释 .     

2π空间全天空偏振观测系统研制与验证

在遥感观测中,天空偏振模式是大气效应的重要特征。它描述了全天空的偏振信息分布,大气效应对偏振观测的影响巨大,因此研究大气的偏振光效应是根本,它可以为减小大气效应对偏振图像的影响提供新思路。由于不同的区域和不同的观测条件对应于不同的天空偏振模式,研制天空偏振模式观测的仪器则成为了必要的前提。文中的重点在于设计一个全天空偏振观测仪器,通过精度测量,验证它的可用性。文中首先介绍了仪器的主要组成部分,包括仪器机械结构,光学设计以及电路控制,然后分析仪器的控制策略以及控制精度,最后通过对比试验,结果显示该天空偏振观测仪器可靠。     

空间目标红外偏振特性分析

目标红外辐射包含自发辐射和反射辐射两部分,通过理论建模对目标自发辐射和反射辐射起偏机理进行分析,并得出两者的叠加将会引入消偏。空间目标偏振特性不仅与表面材料、观测角等因素有关,由于空间目标处在一个变动的辐射环境下,在日照区和阴影区,反射辐射和自发辐射的能量分布情况会相差很大,因此空间目标的红外偏振特性也会有较大的变化。对在不同的辐射环境下对空间目标的红外偏振特性进行了建模仿真分析,最后在实验室条件下,对空间目标常用材料进行红外偏振探测实验,并对实验数据进行分析得出结论。     

空间调制全偏振成像系统带宽影响分析

空间调制全偏振成像系统可以通过单次成像获得完整的Stokes参量信息,其系统的有效光谱范围内对图像重构效果有较大的影响.当带宽超出有效光谱范围时,会影响Stokes参量解调精度,甚至无法解调.通过对空间调制全偏振成像系统的调制模型进行分析研究,依据波段宽度判据表达式,对有效光谱范围内的图像重构算法进行修正,最后对不同带...     

方位角控制型偏振控制器的分析与研究

文章研究了λ/4波片-λ/2波片-λ/4波片(QHQ)型方位角控制偏振控制器的控制算法,通过仿真实验验证了该算法的遍历性.分析研究了QHQ型偏振控制器的波片方位角误差和输入波长误差对偏振态转化精度的影响,并进行了仿真.误差分析结果对研究偏振控制器的误差补偿以及提高偏振控制器的精度具有指导意义.     

探测光幕中的高速弹丸红外辐射特性分析

为了解决光电探测靶在低照度或夜间条件下不能工作的问题,提出采用红外探测技术设计其探测光学系统,改善其探测性能。根据热辐射原理,及弹丸在高速运动中与外界热交换特点,采用节点网络法,建立弹丸表面热辐射计算方程,并分析高速弹丸在探测光幕的红外辐射特性;利用微分元法,求解弹丸在光幕产生的红外辐射亮度;通过探测光学系统,建立红外探测器的输出光信号量与弹丸在光幕的辐射通量关系;结合弹丸长度与作用距离,分析高速运动弹丸作用在不同幕厚的信号变化,以及不同速度、不同直径弹丸作用在光幕的红外辐射。     

基于辐射亮度反演的TDI CCD相机的响应非均匀性校正

分析了TDI CCD的各种噪声,重点研究了响应非均匀性和固定图形噪声对成像质量的影响,通过辐射亮度反演的方法对响应非均匀性进行了校正。实验结果表明,该校正方法能够有效去除响应非均匀性造成的条纹,得到清晰的图像。     

基于大气辐射传输模型的地物偏振反射率反演方法

提出一种基于大气矢量辐射传输模型的地物偏振反射率反演方法.利用辐射传输模型,建立地表反射率、观测条件与传感器入瞳处辐亮度偏振态的查找表,再进行查找表反查及数值计算,完成偏振反射率反演.验证实验表明,典型地面目标物的偏振反射率反演精度可达到90%.     

外差接收光路中光偏振态的分析

本文讨论了CO_2激光外差接收光路中光偏振态的变化及其对接收灵敏度的影响,分析了线偏振光方位角对相干混频的影响.文章着重分析了外差光路中常用的光学元件对线偏振光的作用,给出了线偏振光通过光学系统后变化的函数关系式,为光学系统的设计和调整提供了依据.     

空间目标在辐射压强下的角偏移量计算

采用物理光学近似,对运动的空间目标在辐射压强作用下产生的角偏移量进行了详细的计算.分别给出了角偏移量随入射平面波能量密度、目标质量,及其波入射方向与目标初速夹角的变化曲线.并利用计算结果分析了目标角偏移量的可探测条件.提出了空间运动目标识别的一种可行性方法.     

偏振参数对高能电子运动及辐射特性的影响

为了探究超强激光偏振参数的梯度变化对场内高能电子运动及辐射特性的影响, 首先以电磁学基本方程为基础, 推导并建立了初始动量为0的相对论性单电子加速模型, 其次编写无近似的数值模拟仿真程序进行迭代计算与理论分析, 取得了不同偏振参数的超强激光作用下单电子的运动以及空间辐射可视化数据。结果表明, 随着偏振参数δ由0到1逐渐增大, 电子的运动轨迹由2维平面振荡逐渐过渡为3维螺旋状前进, 绕旋幅度逐渐增大且轨迹投影逐渐趋向于正圆; 电子的功率辐射空间分布也从平面线性逐渐变为3维涡旋状, 由上下针状分叉逐渐变为平滑连接, 总体变化趋势可按形态划分为δ=0, δ∈(0, 0.6], δ∈(0.6, 0.99]以及δ=1共4个阶段。该结果为高能电子辐射研究提供了多视角的理论及数值依据, 对实际应用中精确探测超强激光各项参数是有帮助的。     

气溶胶散射对海洋水色遥感辐射偏振校正的影响

辐射偏振校正对具有相对较大偏振响应的海洋水色卫星遥感器(如Aqua MODIS)是十分必要的,可在一定程度上提高海洋水色信息提取的精度.目前, MODIS已经实现了业务化的辐射偏振校正,但其算法中忽略了气溶胶散射对大气顶辐射偏振分量的影响.利用海洋-大气耦合矢量辐射传输模型PCOART,分别模拟获得纯瑞利大气(无气溶胶)和气溶胶光学厚度为0.2大气时的大气顶辐射偏振分量.结果表明,除太阳耀斑区外,气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献很小,可以忽略不计,而对近红外波段(865 nm)大气顶线偏振辐亮度的贡献显著.此外,将PCOART数值模拟的大气顶瑞利散射辐射线偏振反射率与POLDER实际观测的大气顶线偏振反射率进行了比较,结果同样说明了气溶胶散射对蓝光波段(443 nm)大气顶线偏振反射率的贡献很小,而对近红外波段(865 nm).大气顶线偏振反射率的贡献显著.最后,在现有MODIS辐射偏振校正算法基础上,提出了考虑气溶胶散射的海洋水色卫星遥感辐射偏振校正算法,并利用POLDER实测的大气顶线偏振反射率对算法进行了检验,结果表明,无论是在443 nm波段,还是在865 nm波段,均比MODIS辐射偏振校正算法估算大气顶辐射偏振分量更接近POLDER实测结果.     

基于目标边缘轮廓偏振特征的姿态分析初探

通过微面元理论的函数模型,基于红外偏振辐射传输方程,推导分析红外偏振角与目标表面折射率、反射率及探测角度等关系的数学模型,通过合理简化模型仿真得出偏振角随入射角的单调变化曲线;开展红外偏振成像试验,试验数据分析与仿真结果一致,这表明:目标边缘轮廓的偏振角特征与探测波长的相关性可以忽略,在目标与背景辐射相差较小的情况下,采用光谱辐射亮度对比度的方法无法区分目标,而通过偏振角对比度可以明显区分-目标边缘特征,并提出通过基于目标几何特征以及探测位置,反演解算目标的姿态信息的新方法.     

大气层外空间目标红外探测性能分析

由于空间环境的特殊性,对空间红外目标进行探测与大气层内红外目标的探测有明显不同.本文从空间目标的红外辐射原理出发,给出了空间目标红外特性的计算模型,并给出了空间目标在3～5 μm和8～12 μm波段红外辐射强度的计算结果;通过对空间目标红外特性的计算分析.提出了几种探测方案,并分别计算了各方案对空间红外目标的探测距离,...