空间外差干涉图调制项误差分析与校正

空间外差光谱仪一体化制作过程的光学缺陷会导致光学仪器采集到的干涉图存在误差,将仪器的相位误差和非均匀误差共同作用下对干涉图产生的影响称为"调制项误差".结合空间外差干涉图与光谱之间的对应关系,基于傅里叶变换的卷积特性提出了一种干涉图调制项误差校正算法以达到同时修正干涉图相位误差和非均匀误差的目的,提高光谱反演精度.对比校正前后光谱与理论光谱之间的均方误差和信噪比来定量说明校正效果.通过数据对比发现,经校正后光谱的均方误差由1.17×10-2减少到8.86×10-5,光谱信噪比从10.36提高到30.11,体现了校正算法的有效性.     

大气偏振中性点的便携式测量

为了避免常用的天空光偏振模式测量仪器中鱼眼镜头所引起的图像边缘区域扭曲的缺点,采用手机相机和线性偏振片相结合的方法,进行了理论分析和实际验证,得到了大气偏振模式的分布情况和中性点位置的数据。结果表明,实际测量的中性点区域与理论仿真的结果间高度角的偏差为2.4°±2.6°, 方位角的偏差为1.4°±0.8°,证明了测量方法的可行性;随着天空中云层的增加,天空光偏振分布图像会发生扭曲,但仍然可以确定中性点位置,为天空光偏振仿生导航提供了参考。该研究可用来确定太阳位置、实现自身定向及导航定位,并且具有易操作、便携等优点,在一定程度上降低了天空光偏振仿生导航的成本,提高了民用价值。     

基于空间外差的钾盐光谱探测与提取研究

含钾消焰剂的使用,大大降低了火箭尾焰的二次燃烧及辐射量,提高了对其探测与追踪的难度。基于空间外差光谱技术微弱光谱信号精细探测的优势特性,采用自行设计的近红外波段仪器,以室外天空为背景,用酒精喷灯火焰模拟火箭尾焰,实验研究了其中钾盐信号的探测,并以现代谱估计方法中的自回归AR算法和MUSIC算法对测量信号进行提取研究。结果表明,两种算法均能实现对钾特征信号的提取及对噪声的抑制,使特征信号的峰宽变得更窄,其中AR算法对钾766.49 nm特征峰的半峰宽减小率为21%,噪声减小率为42%;MUSIC算法对钾特征峰的半峰宽减小率为50%,噪声减小率为47%,两相比较可见MUSIC算法的效果更好,说明将空间外差技术应用于火箭等喷射式飞行器的识别具有可行性。     

基于SCIATRAN模型的大气CO2敏感性分析

SCIATRAN是一种高光谱分辨率辐射传输模型,其参数丰富、调节性强,为反演CO2浓度提供更可靠的仿真资料。研究采用SCIATRAN模型模拟了不同气溶胶类型、气溶胶光学厚度以及地表类型的CO2辐射亮度,分析了不同条件下影响CO2辐射亮度的规律。研究结果表明:气溶胶类型对CO2辐射亮度的影响比例在8%以内。由于城市型气溶胶成分复杂,对CO2辐射亮度的影响比乡村型和海洋型气溶胶稍大;气溶胶光学厚度对CO2辐射亮度的影响比例在-3.52%~42.97%之间,光学厚度越小,CO2辐射亮度则越大;地表类型对CO2辐射亮度影响最大,与参考值差值比例最高达166.43%,且CO2辐射亮度随地表反照率的增强而增强。该研究还通过仿真信号与实测信号的对比,验证了SCIATRAN模型仿真信号的有效性和可行性。     

基于经验模态分解与回归分析的空间外差光谱目标提取

为识别空间外差光谱仪探测目标干涉信号的特征信息,提出一种基于经验模态分解与回归分析的空间干涉谱目标提取方法。首先对预处理后的光谱进行经验模态自适应分解,得到各阶次固有模态分量并分别计算它们与原始光谱信号的Pearson相关系数,根据相关系数分选准则判定背景与目标信息重构的分界点。然后计算重构背景与实测背景间的Pearson相关系数来判定经验模态分解结果。对信号主导的固有模态分量利用小波软阈值进行消噪,重构较纯净的目标特征信息;利用目标特征信息与原始干涉光谱信息进行多元线性回归分析获得最佳的近似滤波系数,构造滤波器并应用到目标信号,提取目标。最后通过差谱信号与提取的目标光谱的Pearson相关系数来判别提取的目标信号。实验结果表明:经验模态分解可将背景与目标近似分离;在未知背景信号情况下,利用经验模态分解与回归分析可实现钾共振双线特征光谱的提取。     

基于MODIS参数的卷云光学厚度计算方法

卷云光学厚度是对全球气候、地球辐射收支影响较大的云光学参数之一.在军事、大气科学等领域对卷云光学参数的求解算法有广泛的应用需求.应用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据求解卷云参数的算法,多采用卫星多通道数据,数据处理过程较为复杂.为解决这一问题,利用RT3模型结合MODIS云参数,模拟计算卷云反射率,建立卷云光学厚度查找表,设计简单算法,实现了卷云光学厚度的有效反演.对比卷云光学厚度反演结果和MODIS实际测得的数据,可得两者相关性达到0.97,验证了此算法下卷云光学厚度反演的可靠性.选取MODIS不同时间段的数据,分析了卷云光学厚度在不同时间、空间范围的变化情况,平均误差小于0.16,进一步验证了基于RT3模型的查找表反演卷云光学厚度的有效性.研究结果有助于实现全球范围内卷云光学特性的简单有效反演.