陷阱探测器温控装置的设计

陷阱探测器是太阳光谱辐照度仪中的核心部件,其响应率会随温度变化,为了保证在野外大温度范围内太阳光谱辐照度的长期高精度观测,需要对其进行自动的温度控制。提出了使用半导体制冷器(TEC)来进行温控的方法,分别设计了基于DSP和基于ADN8830两种温控电路来实现TEC的驱动控制,基于DSP的方法使用数字温度传感器DS18B20作为温度传感器,通过开关-PID算法产生控制信号来驱动TEC,基于ADN8830的方法使用热敏电阻作为温度传感器,采用内部的集成算法来进行温度控制。通过实验对两种温控电路的效果进行了比较测试,结果表明,相较于基于DSP的方法,基于ADN8830的温控方法简单且效率高,能够在-10℃～40℃的范围内,快速、有效地控制陷阱探测器的温度,使其稳定工作在25±0.12℃的范围内。     

差分吸收光谱测量中LED光源恒温控制的实现

提出了一种差分光学吸收光谱（DOAS）测量中LED光源的恒温控制方法。采用半导体制冷片作为控温元件来控制LED温度,应用PID算法动态调节半导体制冷片的工作电流,实现了DOAS测量过程中LED光源的温度恒定。介绍了恒温控制系统的硬件设计和软件流程,并对控温效果和LED谱的稳定性进行了测试。测试结果表明,提出的恒温控制方法能有效克服环境温度变化对LED光源温度的影响,温度控制精度达到了±0.1℃。在相同的测试条件下与无恒温相比,具有恒温功能的LED光源剩余噪声明显偏低,进一步验证了设计方案的可行性。     

South Pole温度风速廓线的统计分析

利用2008年South Pole的探空资料,通过大气温度和风速廓线,确定了South Pole地区冬季（6,7,8月）和夏季（12,1,2月）的大气边界层结构,边界层和对流层顶的高度。对近地面的温度、水汽压、风速和风向进行了统计分析。结果表明,South Pole大气边界层大多时候为稳定型,但在夏季也存在不稳定的情况,尤其在1月份较多;夏季夜晚的边界层平均高度为389米,比白天的304米大,冬季夜晚的边界层平均高度为591米,大于夏季夜晚;夏季白天对流层顶平均高度比夜晚略大,分别为6172米和5770米。South Pole高层大气理查森数的倒数基本都小于4,发生湍流的可能性很小。     

基于元数据文件的ZY-3轨道和姿态参数的精确获取

高精度卫星轨道和姿态参数的获取对卫星数据产品的推广应用具有重要意义。对“资源三号”卫星元数据文件（.AUX）的数据格式、参数意义以及量纲进行了深入的研究和分析,拟合得到任意时刻卫星的轨道和姿态参数。对拟合精度的分析表明,“资源三号”卫星轨道运行平稳,利用二次多项式拟合卫星轨道,精度可达到米级,与星上GPS设计的5米测量精度保持了很好的一致性。成像期间,其姿态变化相当稳定。该值可以作为外方位元素的初始值应用于卫星的在轨几何检校与影像的精确定位。     

基于线阵CCD的微型光谱仪的研制

为了满足环境污染检测等工业实际应用的需要,便于系统的集成、降低成本,研制了基于CCD芯片的微型光谱仪,重点介绍了仪器的光学和电子学设计。光学系统采用了非对称交叉式Czerny-Turner分光结构,使用线阵CCD为光探测元件;电子学设计部分结合单片机智能化控制的特点和复杂可编程逻辑器件时序准确、可编程的优点实现了高效、灵活的光谱数据采集。 CCD光谱仪的性能测试表明,该光谱仪光谱覆盖范围为350 nm - 780 nm,光谱分辨率达到了0.6 nm,信噪比近500。     

城市地区BRF模型模拟方法研究

将城市主体结构简化为两侧为建筑物中间为道路的街道结构,并假定街道径直走向,在一个像元内为无限长,采用几何光学的方法分别计算楼房顶部、竖直墙面以及道路对像元辐射值的贡献。从而构建了大尺度下城市主体结构的BRF模型。在微尺度上考虑了城市结构自身表面的二向反射率因子(BRF)模型,由于在某个城市像元中还可能存在植被,因此模型中还考虑了植被的BRF模型,从而完成了对城市地区BRF模型的构建。对构建的模型进行模拟计算和敏感性分析,发现城市地区BRF典型特征是出现了热点效应和镜面反射峰,并且楼房高度和植被覆盖度对城市地区BRF影响显著。     

基于炸点紫外成像融合的火炮校射方法研究

针对火炮校射中存在的问题,利用日盲区紫外成像独特的优点,提出了一种基于紫外成像与可见光彩色图像融合的火炮校射方法。实地观测实验结果表明：该方法组织实施简单可行,且通过该方法进行校射的误差能够达到火炮射击精度的要求。     

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术对开放式长光程大气CO2的测量

CO2是地球大气中第三大含量的痕量气体,对温室效应影响最大,主要来源于人类的日常活动,测量大气CO2浓度对了解地区CO2的周期性变化与气候变化的内在规律有重要意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱（tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS）技术,系统选择CO2在2004 nm附近的吸收线,采用直接吸收光谱处理方法,对开放式长光程大气下的CO2进行了连续测量。通过与手持CO2测量仪的对比测量,二者的相关系数达到0.8371,二者的标准偏差为7.204 ppm,测量结果的变化趋势符合较好,证明了实验系统的可行性,为国内激光遥测CO2提供了一种重要的思路与方法。     

基于光阻原理的降水现象测量系统研究

降水是气象观测的常规项目,是研究全球水热循环和气候变化的重要参数。实现降水现象自动观测是我国气象领域未来发展规划的一项重要内容。介绍了一种激光降水现象测量系统,设计了激光对射式光学测量结构,实现了对降水粒子遮光信号的精确捕获;研制了基于相关原理的微弱信号检测系统,保证粒子速度、粒径等信息的准确测量;在数据信号处理上,采用了数据平滑算法降低了系统噪声。研制的系统能够准确完成雨滴谱分布、降水量、降水类型的测量,并且与雨量筒和国外同类仪器进行了观测比对, 数据具有较好的一致性,能满足对降水现象自动观测的要求。     

基于FID的机动车尾气THC测量模块设计与对比实验

机动车排放的总碳氢化合物（total hydrocarbons, THC）是造成雾霾、光化学烟雾的重要原因,在城市大气污染的调查和影响人类健康的研究中,THC是必须的监测目标之一。着重开展了基于氢火焰离子化检测（hydrogen flame ionization detector, FID）的机动车尾气THC测量系统的设计和对比实验。主要介绍了FID测量THC的工作原理,根据FID的测量原理设计了机动车尾气THC测量模块。并根据离子化信号检测需求设计了微电流放大电路,满足大范围、高精度微电流信号检测的要求,获得了检测器对THC的响应峰信号。还对测量得到的THC色谱峰信号进行定性和定量的分析,通过标准曲线法计算了THC的浓度。最后结合美国的SENSORS-FID THC分析仪开展了对比实验,结果表明研发的THC测量模块检测的浓度偏高,测量偏差约为4.44%~8.43%,判断此系统误差主要为O2峰干扰。