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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光谱定标技术研究 被引量：19
1
作者 周海金 刘文清 +3 位作者 司福祺 赵敏杰 江宇 薛辉 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2881-2885,共5页
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪用于遥感监测痕量气体的全球分布。该载荷探测地球大气或表面反射、散射的紫外/可见光辐射,利用差分吸收光谱算法来解析痕量污染气体成分的分布和变化。光谱定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础,定标... 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪用于遥感监测痕量气体的全球分布。该载荷探测地球大气或表面反射、散射的紫外/可见光辐射,利用差分吸收光谱算法来解析痕量污染气体成分的分布和变化。光谱定标是仪器遥感数据定量化的前提和基础,定标的精度直接决定了仪器研制和应用水平的高低。针对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪视场大、波长宽、空间分辨率和光谱分辨率高的特点,提出了相应的光谱定标方法,建立了定标装置,通过寻峰和回归分析计算光谱定标方程,实现了对载荷的全视场光谱定标工作。并利用太阳光的夫琅禾费线对定标精度进行了检验。 展开更多
关键词 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 光谱定标 夫琅禾费线
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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪定标机构设计 被引量：5
2
作者 赵敏杰 司福祺 +4 位作者 江宇 薛辉 汪世美 周海金 刘文清 《大气与环境光学学报》 CAS 2014年第1期57-60,共4页
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(星载仪器)搭载于太阳同步轨道卫星上,应用于定量监测全球空气质量变化以及污染气体的分布输运过程。星上定标是成像光谱仪获取数据定量化应用的基础,星载仪器采用太阳光定标方式和标准灯定标方式进行在... 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪(星载仪器)搭载于太阳同步轨道卫星上,应用于定量监测全球空气质量变化以及污染气体的分布输运过程。星上定标是成像光谱仪获取数据定量化应用的基础,星载仪器采用太阳光定标方式和标准灯定标方式进行在轨定标。需对星上定标方式采用的定标机构进行分析和合理的设计,以保证星载仪器在轨定标的可靠性和精度。 展开更多
关键词 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 星上定标方式 星上定标机构设计
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星载痕量气体差分吸收光谱仪1级数据质量评价 被引量：2
3
作者 程良晓 陶金花 +5 位作者 周海金 余超 范萌 王雅鹏 王志宝 陈良富 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3881-3886,共6页
星载痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)是我国第一台用于监测对流层和平流层痕量气体的高光谱分辨率成像光谱仪。为了充分了解载荷的特点,更好地利用1级数据进行痕量气体反演,本研究对EMI实测的辐照度和辐亮度数据进行了综合评价。研究表明EM... 星载痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)是我国第一台用于监测对流层和平流层痕量气体的高光谱分辨率成像光谱仪。为了充分了解载荷的特点,更好地利用1级数据进行痕量气体反演,本研究对EMI实测的辐照度和辐亮度数据进行了综合评价。研究表明EMI紫外2波段(UV2)和可见光1波段(VIS1)的狭缝函数都表现出明显的行依赖性,其随行波动的标准差是OMI和TROPOMI的6倍以上。对不同行采用不同的狭缝函数,可以提高辐照度光谱的定标精度,进而提高痕量气体反演精度。EMI辐照度和辐亮度数据都有波长漂移现象,平均漂移量分别为0.015和0.03 nm,有明显的行依赖性。目前的波长漂移量满足设计指标(0.05 nm)的要求,但在痕量气体反演过程中仍需进行波长精校准。EMI辐照度数据与OMI和TROPOMI同一天测量的辐照度以及参考太阳光谱高度一致(r>0.95),绝对偏差小于4.3%;通过对比在洁净太平洋地区无云像元的平均辐亮度数据发现,EMI与OMI和TROPOMI也有很好的一致性(r>0.93),平均偏差小于13.2%;说明EMI数据辐射定标精度较高。研究表明当前EMI载荷数据质量能够满足痕量气体反演的要求,可为后续国产载荷的研制和数据质量评估方案提供参考。 展开更多
关键词 GF-5 星载痕量气体差分吸收光谱仪 定标 狭缝函数 数据质量
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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪狭缝函数研究 被引量：3
4
作者 黄珊 司福祺 +2 位作者 赵敏杰 周海金 江宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期2008-2012,共5页
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪是一种新型光学遥感仪器,具有分辨率高(0.3~0.5nm)、宽光谱范围(240~710nm)、大视场角(114°视场对应地面2600km)的特点,载荷采用推扫方式,可实现1日全球覆盖监测。载荷通过探测地球大气或地表反射... 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪是一种新型光学遥感仪器,具有分辨率高(0.3~0.5nm)、宽光谱范围(240~710nm)、大视场角(114°视场对应地面2600km)的特点,载荷采用推扫方式,可实现1日全球覆盖监测。载荷通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光,利用差分吸收光谱技术来获取全球大气痕量气体(NO2,SO2,O3等)分布和变化。定标是遥感数据定量应用的前提,同时为获取载荷光谱特性,需要在地面完成载荷的光谱定标。根据大气痕量气体差分吸收光谱仪视场角度大、谱段范围宽、空间和光谱分辨率高等特点,搭建了一套基于二维转台的光谱定标系统,此系统能够完成全视场光谱定标。光谱定标采用标准谱线法,光谱定标光源使用汞灯。光谱响应函数是描述光谱仪光谱响应特性的重要参数,根据光谱响应函数可以获取载荷的光谱分辨率,同时也是基于DOAS反演的关键输入参数,光谱响应函数的精度直接影响大气痕量气体的反演结果。根据载荷实际测试的光谱响应数据,选取了Gauss,Lorentz和Voigt三种函数作为待选的光谱响应函数。为对三种函数模型进行筛选,进行了两种筛选对比测试,首先分别用Gauss函数、Lorentz函数、Voigt函数对载荷的单色光响应数据进行拟合,以三种函数的拟合残差平方和作为评判标准,拟合结果表明Gauss函数作为狭缝函数拟合的残差平方和最小为0.01,Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数拟合的残差平方和分别为0.033和0.021。从载荷单色光响应数据函数拟合的结果分析,Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型。为了进一步验证这一结论,进行了DOAS反演NO2样气的实验,考察三种函数模型对反演的影响。在实验室开展了NO2样气测试,大气散射光通过30*40cm的石英窗口入射到载荷狭缝,将NO2样品池放置在载荷狭缝和石英窗口中间,获取的数据为NO2样气吸收谱,随后充入N2气体获取反演的参考谱,实验在晴朗天气下进行,并能够在较短时间内完成,可以减少外界天气条件对反演结果的影响。实验中NO2样气浓度为8.4812×10^16molec·cm^-2,在利用DOAS进行反演时,设置仪器狭缝函数分别为Gauss,Lorentz和Voigt函数,分析三组不同的函数模型对应的NO2浓度结果,根据反演结果的相对偏差对函数模型进行评价。实验结果表明Gauss函数作为狭缝函数反演结果的相对偏差最小为5.6%,Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数的反演相对偏差分别为28%和15.1%。由光谱响应数据的拟合结果及样气反演结果表明,Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型。 展开更多
关键词 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 光谱定标 狭缝函数 气体反演
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“GF-5”卫星差分吸收光谱仪热控设计及验证
5
作者 桂利佳 曾议 司福祺 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2019年第2期103-110,共8页
差分光谱仪是一种基于空间测量的精密光学仪器,整个寿命周期内对光机系统及探测器有较高的温度稳定性要求。为保证光路的精度,需要光学安装板温度梯度小于2℃;为降低温度波动对信号的干扰,整轨温度波动要求小于2℃。光谱仪周边有多台载... 差分光谱仪是一种基于空间测量的精密光学仪器,整个寿命周期内对光机系统及探测器有较高的温度稳定性要求。为保证光路的精度,需要光学安装板温度梯度小于2℃;为降低温度波动对信号的干扰,整轨温度波动要求小于2℃。光谱仪周边有多台载荷不同程度的遮挡,热环境复杂,给热控设计带来较大困难。结合光谱仪热控需求及结构特点,详细分析了轨道外热流,采用对地面作为光学箱散热面、光学底板等温化设计、以向阳面为电子学散热面、电子学箱与光学箱隔热等热控措施,实现了光谱仪高稳定性温控要求。热平衡试验与在轨数据表明,光谱仪热控设计合理可行,能够满足在轨探测的温度指标。为后续型号光学遥感仪器高精度、高稳定的热控设计打下良好的基础。 展开更多
关键词 星载差分吸收光谱仪 温度波动 温度梯度 热设计 热仿真 在轨验证
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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪数据的定标处理与存储方式 被引量：1
6
作者 韩雪冰 曾议 +5 位作者 赵敏杰 杨维 周海金 徐兴伟 杨东上 司福祺 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2018年第4期268-276,共9页
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪搭载于太阳同步轨道卫星上,用于获取紫外至可见波段的高光谱遥感数据,可定量监测全球痕量气体分布、变化及输运过程.为满足大量实时遥感数据的读写功能,并实现载荷数据的快速有效查找与读取要求,选择HDF... 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪搭载于太阳同步轨道卫星上,用于获取紫外至可见波段的高光谱遥感数据,可定量监测全球痕量气体分布、变化及输运过程.为满足大量实时遥感数据的读写功能,并实现载荷数据的快速有效查找与读取要求,选择HDF5数据格式存储大气痕量气体差分吸收光谱仪获得的遥感数据.为测试数据的有效性,基于载荷在实验室获取的0级测试数据,通过暗背景扣除、增益修正、光谱定标与辐射定标等处理,获得1级遥感数据,并将其成功写入HDF5文件中,从而为载荷入轨后的处理提供数据支持. 展开更多
关键词 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 HDF5 1级遥感数据
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星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测试转台结构设计
7
作者 朱磊 司福祺 +3 位作者 陈军 刘凤垒 赵敏杰 邱晓晗 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2021年第2期158-166,共9页
在星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的研制过程中,需要对其信噪比、光谱分辨率、光谱定标精度等性能指标进行测试,为此需要设计专用二维转台以实现不同视场在不同角度下的测试。根据光谱仪参数测试要求,提出转台设计方案,设计转台结构,... 在星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的研制过程中,需要对其信噪比、光谱分辨率、光谱定标精度等性能指标进行测试,为此需要设计专用二维转台以实现不同视场在不同角度下的测试。根据光谱仪参数测试要求,提出转台设计方案,设计转台结构,建立三维模型,并对主要零部件进行选型。转台的方位轴±180°转动,满足114°的主视场测试要求;俯仰轴±20°翻转,实现太阳视场需求;机械定位精度为±0.01°。转台提供两种安装方式,光谱仪竖立安装进行太阳视场测试,水平安装进行主视场测试。转台支撑框架在不同的工况下承受载荷的作用,利用有限元软件对框架结构进行仿真,分析结果验证了框架设计的合理性。 展开更多
关键词 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 测试转台 支撑框架 有限元分析
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星载石英漫反射板双向反射分布函数实验测量研究 被引量：5
8
作者 赵敏杰 司福祺 +4 位作者 陆亦怀 汪世美 江宇 周海金 刘文清 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1565-1570,共6页
石英漫反射板用于星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量太阳参考谱的观测系统中,太阳光谱的测量精度将会直接影响痕量气体反演的精度,为保证载荷全视场太阳光谱的测量精度,石英漫反射板需具有良好的朗伯特性,在仪器观测视场内能够提供均... 石英漫反射板用于星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量太阳参考谱的观测系统中,太阳光谱的测量精度将会直接影响痕量气体反演的精度,为保证载荷全视场太阳光谱的测量精度,石英漫反射板需具有良好的朗伯特性,在仪器观测视场内能够提供均匀的光源。为此,在实验室利用双向反射分布函数(BRDF)测量仪,选取F4(聚四氟乙烯)粉压制板作为标准板,采用相对测量法对研制的四种石英漫反射板样品进行了朗伯特性测量,得出了四种样品在波长180~880nm、观测角度-70°^+70°范围内的BRDF。通过对样品BRDF的分析,筛选出了两种工艺下的朗伯特性较好的石英漫反射板作为初选样品,并测量比较了石英漫反射板和F4标准板对太阳光的漫反射光谱,石英漫反射板对太阳光的反射特性较好,可以作为测量用漫反射板获取太阳参考谱。为进一步的紫外辐照、原子氧侵蚀等试验以及对比试验提供了数据支持。 展开更多
关键词 石英漫反射板 双向反射分布函数 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪
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基于BM3803的步进电机控制系统设计与实现 被引量：1
9
作者 许权 黄书华 +4 位作者 司福祺 韩春慧 张珅 鲁月林 刘文清 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2019年第6期463-473,共11页
针对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪太阳定标光路切换转动部件的实现,提出了基于BM3803的步进电机控制系统,通过步进电机带动扭簧转动凹面反射镜,实现光路的切换.设计了基于国产航天芯片BM3803FMGRH和专用驱动芯片LMD18200的步进电机... 针对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪太阳定标光路切换转动部件的实现,提出了基于BM3803的步进电机控制系统,通过步进电机带动扭簧转动凹面反射镜,实现光路的切换.设计了基于国产航天芯片BM3803FMGRH和专用驱动芯片LMD18200的步进电机开环控制系统,给出了基于BM3803FMGRH的控制电路和搭建了LMD18200的驱动电路,编写了步进电机的控制程序.当步进电机转动89步时,扭簧旋转角度为80.1°,微动开关导通,光路切换成功.为后续星载差分吸收光谱仪的设计提供参考. 展开更多
关键词 星载差分吸收光谱仪 光路切换 BM3803 步进电机
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《大气与环境光学学报》第14卷(2019年)总目次
10
《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2019年第6期474-478,共5页
关键词 《大气与环境光学学报》 偏振成像 环境大气 偏振定标 温控系统 李志伟 CALIOP HGCDTE 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪
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