椭圆偏振光谱-1
CPL圆偏振荧光光谱仪测量原理
主要用途： 圆偏振荧光在发光材料、生物蛋白、信息显示存储、电子学、非线性光学等领域有广泛的用途和应用前景，引起科学家极大的关注和兴趣。采用圆偏振荧光光谱仪可提供分子激发态的结构信息，表征聚合物结构，成为研究有机化合物的立体构型的一个重要方法。工作原理： 光是一种电磁波，可用振动的电场和与之垂直的磁场来描述，若光波在其传播途径中具体某一点上只有一个振动方向，但振动方向随光波的传播而有规律的偏转一定角度但振幅不变，其电场矢量末端的运动轨迹为螺旋状，该螺旋的横截面为圆形，这种偏振光为圆偏振光。人们在圆二色的基础上，发现圆偏振荧光的左、右圆偏振光的强度不同。通常以左、右圆偏振荧光的强度差CPL=△F= FL-FR，作为圆偏振荧光的量度。
之前文献报道的圆偏振荧光检测都是在相关科研工作者自己设计和建造的仪器上进行的。直到1972年以色列魏茨曼科技学院Steinberg和Gafni (SG) 提出图一A所示的圆偏振荧光调制测量方法，基本组成部分为：激发源、单色器、样品、光学弹性调制器、偏光片、发射单色器、光电倍增管、锁相放大器及计算机。该方法将调制后的光电信号和PEM光学弹性调制器信号输入给锁相放大器，通过二者频率与相位锁相从荧光中提取圆偏振荧光。 1982年荷兰莱顿大学的Schippers，van den Beukle和Dekkers (SBD)提出了图一B所示的圆偏振荧光测量方法，该方法利用光子计数取代锁相放大器，解决了锁相放大器的输出不稳定问题。其后复杂蛋白结构测量主要采用的是该方法，但是对于弱的圆偏振荧光测量还是速度很慢。 1992-1995年期间，随着TDC时间数字转换器等电子技术的发展，美国密西根大学的Schauerte，Steel，和Gafni (SSG) 进一步提出了图一C所示的圆偏振荧光直接相减测量方法。该方法采用DGG延迟选通脉冲发生器，分别测量△F= FL-FR公式中的FL左圆偏振荧光和FR右圆偏振荧光，两者相减直接得到真正的圆偏振荧光△F，利用公式glum=2（FL-FR）/（FL+FR）求得不对称因子。该方法同时解决了以上两种方法中锁相环输出不稳定与测量速度慢的问题，使用该方法商业化生产的圆偏振荧光光谱仪主要是美国Olis公司圆偏振荧
空间目标轨道分布特性分析实验报告
空间目标轨道分布特性分析实验报告 一、实验目的 1、了解空间目标轨道分布规律； 2、掌握TLE数据格式分析方法； 3、掌握空间目标高度分布特性分析方法与过程。 二、实验环境 Matlab或C语言 三、实验原理 1、空间目标及其分布 空间目标广义是指离地球表面120公里以外空间的所有目标，包括自然天体和人造天体。本研究报告中的空间目标系指环绕在地球周围数万公里内的人造天体，包括卫星、平台和运载，以及上述目标解体后形成的空间碎片。对这些人造目标进行监视属空间目标监视系统的范畴。 根据有关研究，环绕地球的空间目标数目大约为35,000,000，其中大小在1～10cm的约110,000个，大于10cm的在8000个以上。目前美国空间目标监视系统可对30cm以上的空间目标进行例行的日常观测，对10cm以上的目标可能观测到，但不能保证例行的日常跟踪。上述空间目标中，到2008年8月24日，被美国空间目标监视系统编目过的空间目标数目为33311个，其中21597个已经陨落，11714个仍在轨。 } 空间目标都有一定大小、形状，运行在一定轨道上，使得每一空间目标都有其独特的轨道特性、几何特性和物理特性。这些特性奠定了对空间目标进行定轨和识别的基础，尤其是在用航天器一般都有特定的外形、稳定的轨道、姿态、温度等特性，是空间目标识别的主要技术支撑。 空间目标监视的核心任务是对空间目标进行探测、跟踪和识别。获取空间目标的几何特征、物理特征和运动参数等重要目标信息，进而确定目标威胁度、警戒空间碰撞、提供安全告警信息，是实施防御性空间对抗和进攻性空间对抗的基础。其中在空间目标的识别过程中，空间目标的轨道特性是主要依据，而其几何特性和物理特性则是对其轨道特性的进一步补
空间目标的光学偏振特性研究
第37卷第7期 光电工程V ol.37, No.7 2010年7月Opto-Electronic Engineering July, 2010 文章编号：1003-501X(2010)07-0024-06 空间目标的光学偏振特性研究 李雅男，孙晓兵，乔延利，洪津，张荞 ( 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室；安徽光学精密机械研究所，合肥 230031 ) 摘要：偏振特性是光与物质相互作用所表现的重要特性之一，与物质的性质密切相关。空间目标偏振特性可能会因为特定空间目标组成材料和空间目标轨道不同而存在差异，因此为空间目标的探测和识别提供了科学依据。本文通过空间目标材料以及典型空间目标模型的多角度偏振成像特性试验测量，分析了空间目标偏振特性及其变化机理。结果表明，空间目标表面材料的偏振特性对于目标的识别具有很重要的作用，太阳能电池板的姿态对卫星的偏振特性影响尤为明显。本文研究可以为空间目标光学偏振探测与识别提供应用基础研究支持。 关键词：物理光学；目标探测；偏振特性；空间目标 中图分类号：O436.2 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-501X.2010.07.005 Photopolarimetric Characteristic of Space Target LI Ya-nan，SUN Xiao-bing，QIAO Yan-li，HONG Jin，ZHANG Qiao ( Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China ) Abstract：Polarization is one of the important optical characteristics of target. Certain materials used in constructing satellites possess unique polarization because of certain space target designs and different orbits. Thus polarization can be considered for target detection and recognition. Photopolarimetric characteristic of space target materials and model are measured and analyzed. Results show that the polarization properties of material are significant for target detection, and the attitude of solar panel has great effect on the polarization of satellite. This research can give support to the application for space target detection and recognition. Key words：physical optics; target detection; polarization; space target 0 引 言 地基光学探测系统对深空目标的探测有重要的作用，为了达到探测和识别目标的目的目前已经发展了若干种探测手段[1]，例如，Sanchez等根据高轨碎片的光度特性来判断目标的生存状态以及特征[2]，通过同时性的多色测光来判断不同卫星平台[3]。Jorgensen等人表明由于不同材料的空间目标具有不同的光谱反射率，因此采用低色散光谱观测对于目标的识别有重要的作用[4]。而目标的偏振特性由于反映了材料的本征特性也在空间目标的探测中也得到了应用，Stead在美国俄亥俄州Sulphur Grove观测站，在光电望远镜上加上偏振分析器完成空间目标的偏振观测，测量到一个卫星的偏振度最大达39％[5]。Kissel研究表明空间目标反射太阳光的偏振程度是很高的，并将偏振结果看成由漫反射和镜反射混合而产生的，按照这种假设理论计算与观测结果符合的比较好，他认为这足以证明偏振特性可以作为研究空间目标材料在太空中所受的影响[6]，Beavers等人通过不同形状的卫星的光学偏振观测，表明偏振观测可以作为测试在轨目标状态、判断目标材料、探测目标在深空中暴露对其光学特性影响的一种手段，并将铝质材料和太阳能板表面的卫 收稿日期：2010-01-11；收到修改稿日期：2010-05-11 基金项目：国家863计划资助课题(2002AA731041)；安徽省红外与低温等离子体重点实验室基金项目资助课题(2007C003018F) 作者简介：李雅男(1984-)，女(汉族)，江西九江人。博士生，主要从事遥感信息定量化的研究。E-mail：yananli@https://www.360docs.net/doc/fa4233855.html,。
太阳光谱的连续偏振
太阳光谱的连续偏振（加主页资料扣扣免财富值） 摘要：我们提出一个由可见太阳光谱中的辐射散射引起的连续偏振的理论研究。比较了来自九个不同的太阳模型大气的结果。断定了中心—边缘变化(CLV)以及依赖于连续偏振的波长，并且确定了模型大气依赖的来源。关键的物理量是散射系数和偏振形成层的温度梯度。 这里发展了可见光每个波长的接近理论连续偏振CLV的一个简单解析函数。假设产生偏振的散射层光学性地稀薄，并位于连续强度的形成层，然后建立在第一近似值上。解析函数的应用范围从偏振规模有用的零电平测定到使用经验性的中心—边缘曲线来约束太阳模型大气的诊断工作。 1.简介 最近的观察显示了太阳结构丰富的偏振，被称为“第二个太阳光谱”，因为它与普通未极化的强度谱没有丝毫相似之处，因此包含至少部分互补信息。这个结构是由于来自连续介质和线条同样重要的混合影响。连续谱通过辐射散射获得线性极化，主要是来自中性氢的瑞利散射和自由电子的汤森散射在。谱线的极化是由于原子束缚跃迁的相干散射引起的，并且由普遍存在的磁场而发生改变。 为了充分理解涉及到的不同的物理过程，我们需要解决它们。在本文中我们从连续谱开始。除了更好地理解物理学，这样一个研究在限制太阳模型大气和决策观测的极化规模零水平上很有用处。 利用太阳模型大气，输入通过数值解决偏振辐射的传输方程来获得的连续介质极化。不同的模型大气给出了不同程度的极化。因此和实验数据的比较可以使我们在几个太阳大气模型中进行选择。这种从4500?到8000?对于连续介质窗口的具有10-5的偏振灵敏度的观测在计划中但尚未提供。 对于具有汉勒效应的湍流磁场的诊断，需要精确知道真正的极化规模的零水平。汉勒效应，一个发生在当前磁场中的相干散射的相干现象在，导致了谱线核心的去极化。由于谱线和连续介质的极化通常是同一个数量级的，因此不能使用连续水平作为线性极化的参考。真正的极化零水平必须作为参考。由于仪器影响，真正的极化规模的零水平不具备足够的精度。然而，从理论思考中了解连续介质的极化程度，观察中的零水平可以确定。 在第二节中我们将描述相关的物理理论，数值技术和太阳模型大气的使用。在第三节中给出了两个计算机代码的测试。在第四节中我们通过阐述吸收，散射系数和温度梯度的角色，加强了对有关数量物理性的深刻理解。这是特别重要的是要知道连续介质极化形成层，因为它通常被假定位于连续介质强度形成层的上面。我们将说明这两层实际上是重叠的。最后，在第五节中，用以描述整个可见光谱范围连续介质极化的中心—边缘变化（CLV）的一个简单解析表达式被推导出并与理论数据作了拟合，提供整套计算极化值的一个便捷的近似算法表示。 2.理论方法 2.1.相关物理过程 为了定量描述辐射传输，物理过程必须被理解。传统上的区别是由纯吸收和散射之间产生的。这里我们关注导致连续谱的流程。 辐射场能量的纯吸收部分转换成气体的动能，从而被热化。作为第一次被Wildt 提出的，氢阴离子H?主宰了太阳光球中的连续介质吸收，也就是可见的连续介质
空间目标特性分析与成像仿真技术研究(精)
空间目标特性分析与成像仿真技术研究 英文题名 Small Target Characteristical Analysis and Imaging Under Space Clutter 关键词运动特性; 温度场; 动能拦截器; 探测距离; 信噪比; 英文关键词 movement characteristics; temperature field; EKV; detection distance; signal-to-noise ratio; 中文摘要大气层外动能拦截弹在进行弹道导弹防御以及空间对抗环境中,大量采用了可见光红外等光学成像探测器。分析与研究空间目标在光学探测器上的成像特征,是实现空间目标探测、识别以及系统评估的关键。空间目标特性分析与成像仿真技术是一项综合讨论空间目标所处环境状态、目标材料特征、目标形状特征、目标运动姿态变化特征、热辐射特征、空间辐射传输理论、探测器性能以及目标成像特点的课题,是为进行空间目标检测以及识别而开展的先导性研究。本课题立足于理论建模,对空间目标在探测器中的成像特性进行研究,最后得到包含目标以及诱饵在内的红外图像序列。论文的主要研究内容如下: 1、提出矢量分解与坐标系映射法,很好的解决了空间非圆对称凸体目标在同时受到自旋运动以及进动影响下的面元法线方向的变化建模难题。 2、提出目标中心坐标系,研究了在此坐标系中各种辐照的实时方向矢量计算方法,详细推算了太阳高度角以及方位角。采用面元分割法,分析了空间凸体目标的表面几何结构。 3、建立了矢量表示的面元热平衡方程,对方程中的多项参数计算进行了优化,大大减少了计算量。 4、研究了温度对于光谱辐射亮度的影响。为得到较高信杂比,提出最优... 英文摘要Many visiable light and infrared detectors have been adopted for Exoatomospheric Kill Vehicle(EKV) usage in Ballistic Missle Defence and Space Countermeasure. Optical characteristics’analyse and study of spacial targets in the view field of EKV is the key technology for target detection, target identification and system efficiency estimation 摘要 9-10 ABSTRACT 10 第一章绪论 11-16 1.1 课题背景 11-12 1.2 国内外研究现状 12-14 1.3 课题的主要研究内容 14-15 1.4 本文的篇章结构安排 15-16 第二章空间目标的运动特性分析 16-35 2.1 引言 16 2.2 目标中心坐标系以及面元分割16-19 2.3 空间目标的几何模型分析 19-33 2.3.1 太阳光照模型 20-24 2.3.2 目标运动模型 24- 31 2.3.3 目标辐射成像模型 31-33 2.4 小结 33-35 第三章空间目标的温度特性分析 35-59 3.1 引言 35 3.2 目标面元受热模型 35-41 3.2.1 太阳直接辐照功率 36 3.2.2 地球自身辐照功率 36-38 3.2.3 地球反射太阳光辐射功率 38-39 3.2.4 目标对外能量辐射功率 39 3.2.5 目标升温吸热内能增加 39- 40 3.2.6 目标表面各个面元温度不均引起的传热效应 40- 41 3.2.7 目标自身的内部器械产生的热能 41 3.2.8 热平衡方程 41 3.3 目标温度特性仿真 41-53 3.3.1 球形目标 42-44 3.3.2 锥形目标44-46 3.3.3 碎片目标 46-48 3.3.4 三角棱台目标 48-53 3.4 空间目标辐射成像分析 53- 57 3.4.1 目标波段因素 53-56 3.4.2 探测
偏振光谱
第四章振动光谱Chapter Four Vibrate Spectroscopy
4.1、基本原理Principles 4.2、红外光谱Infrared spectroscopy 4.3、红外光谱实验技术Experiment Technique of IR
4.1 基本原理Principles 4.1.1 光谱学基础Spectroscopy 4.1.1.1 光谱Spectroscopy 4.1.1.2 光的波粒二象性Wave-particle duality 4.1.1.3 光的能量组成The Compose of light 4.1.1.4 分子的能量组成The Compose of Molecular energy 4.1.2 分子振动模型 The model of Molecular Vibration 4.1.2.1 双原子分子的弹簧模型 The Spring Model of diatomic molecule 4.1.2.2 基本振动的类型 The Type of Fundamental Vibration 4.1.2.3 红外吸收产生的必要条件
4.1 基本原理principles 4.1.1 光谱学基础Spectroscopy 4.1.1.1 Spectroscopy Spectroscopy 光谱 研究光谱理论及其应用的光学学科分支 IR、UV-Vis、NMR、AAS…spectroscopy
4.1 基本原理principles 4.1.1 光谱学基础Spectroscopy 4.1.1.2 光的波粒二象性wave-particle duality 光是一种电磁波(electromagnetic wave)，同时具有粒子性，具有波粒二象性(wave-particle duality) 波动性可用波长(wavelength) （λ），频率(frequency)（ν）和波数(wavenumber)（σ）来描述。
偏振-成像-光谱整理
一、偏振探测原理 在介质中传输的光，与介质发生相互作用后，其偏振状态的斯托克斯参数或琼斯矩阵会发生变化，改变的程度与介质的物理特性（如其介质特性、结构特征、粗糙度、水分含量、观察角、辐照度等条件）密切相关。 利用光（主要为偏振光）来照射被测物质，经被测物与偏振光的相互作用后偏振光的偏振信息将按规律产生相应的变化，通过检测这种偏振信息的变化来实现测量该被测物的属性，是偏振探测的物理基础。 偏振光的检测是偏振光的应用和偏振探测的一个重要问题，偏振光的检测主要包括偏振光的强度、相位、和取向三个参量的定性分析和定量测量，其基本方法是把上述三个参量的测量转化为光强的测量。 二、偏振探测与雷达探测的对比 在目标识别应用上,与主动雷达扫描方式不同,偏振成像设备体积小、功耗低,探测对象是物体主动发射或反射的电磁波中的偏振部分,便于自身隐蔽。 三、偏振探测与传统成像的对比 在传统的图像处理、分析过程中所使用的技术都是基于光的强度特征和波长特征所提供的信息,这使现有的图像处理、分析以及理解算法很复杂,并且只能对图像中目标的轮廓、类别等做一些初步的分析和理解[5];而偏振图像有其自己统一简单的算法[6],其结果在图像
目视效果方面明显。偏振探测的特点（相对于普通成像技术）： ①偏振探测有助于辨别具有不同质地的目标; ②偏振图像与光强度图像相比,对比度提高; ③偏振图像对置于在背景之上物体的边缘增强效果明显; ④偏振图像与波段有依赖关系; ⑤偏振度与物体表面粗糙度、观测角等依赖关系较 四、多光谱技术 物质的化学组成或结构的不同,导致它们的能带结构以及转动、振动能级不同,其结果使它们的发射光谱、反射光谱、荧光光谱或拉曼光谱也会不同。因此,可通过探测空间光谱分布来探测物质及其在空间上的分布特性。这种技术称为多光谱技术,它建立在能带理论基础之上,其技术基础是光谱分辨和光谱探测技术。 目前多光谱技术有两种不同的含义[1]:一是利用物体的发光或反射光特性,通过光谱分辨技术获取物体的特征光谱信息,来识别物体;二是利用光与物质的相互作用使光发生某种变化,并探测光的变化来获取物质的有关特征信息。后一种多光谱技术所探测的光的变化可能是光谱的变化,或是光强度、偏振等参量的变化。
国内空间目标散射建模总结
国内空间目标散射建模总结 2011年，南京理工大学的徐实学在其博士论文《材质表面散射光偏振特性分析用于空间目标探测的研究》中，研究了典型空间目标材料散射光的偏振度等偏振特性，对不同飞行姿态和探测环境的空间目标偏振特性分析方法进行了讨论。文中的讨论是基于实验测量的数据进行的，没有应用具体形式的BRDF模型。 2004年，63916部队和中科院光电技术研究所的李淑军等人在《带太阳能帆板的卫星光度特性分析》中，研究了卫星主体和帆板两种基本结构在一定漫反射率情况下的地面照度计算公式，理论计算表明，虽然太阳能帆板的漫反射率要比卫星主体低30倍，但在卫星地面照度的计算和实际观测中仍不应忽略。 2010年，咸阳师范学院的王明军等人在《复杂环境下具有轨道特征目标模型光散射特性研究》中，将BRDF应用于卫星散射特性研究，但是都是测量获得而没有理论模型，文章给出了空间目标模型表面不同反射率材料对可见光散射光谱特性，以及在相同反射率条件下光散射强度随轨道高度分布特性。 2009年，长春光机所的张景旭在《国外地基光电系统空间目标探测的进展》中，介绍了国外先进地基空间监视系统的发展现状，从地基光电系统观测空间目标的角度介绍了美国星火靶场和毛伊岛光学站的情况和设备，提供了国外地基空间目标光学探测的重要参考资料。 2010年，电子工程学院的杨明等人在《基于BRDF条件下卫星可见光散射特性分析》中，将单一波长BRDF测量方法扩展到可见光波段的加权平均测量，利用实验测量的BRDF数值求解出卫星表面材料的BRDF的三维特性。 2008年，西安电子科技大学和安徽光机所的吴振森、曹运华、魏庆农等人在《基于粗糙样片光BRDF的空间目标可见光散射研究》中，利用遗传算法，结合实验测量的五参量BRDF模型参数，获得了目标样片平均BRDF的参量化统计模型。结果显示因为卫星包覆材料和太阳能电池板都比较光滑，所以整个卫星的可见光散射强度仅在卫星某些面的镜反射方向有较大值，而在其它方向的值都很小。 2009年，哈尔滨工业大学的汪洪源等人在《基于双向反射分布函数的空间卫星紫外动态特性研究》中，面向天基探测对卫星紫外特性进行建模，BRDF模型选用Davies模型，由于地球大气层吸收紫外光，文章考虑太阳光和月球漫反射光对卫星反射紫外光进行计算，给出了比较完整的目标特性计算流程。空间目标
椭偏光谱原理和技术
椭偏光谱原理和技术 本章通过介绍椭偏光谱的基本原理、光度型椭偏光谱仪以及椭偏光谱分析特点，给出了椭偏光谱技术在离子注入的辐照损伤以及材料光学性质研究中的应用和局限。利用椭偏光谱技术，结合其它分析手段并建立精细的分析模型，椭偏光谱技术能够从复杂的材料结构中，快速、精确和方便地测量并分析各层结构的厚度、成份、气孔率和光学常数。椭偏光谱技术将在材料的光学性质研究和离子注入的辐照损伤研究等方面发挥积极的作用。 §3.1 引言 椭偏术（Ellipsometry）起源于一百多年前，它是一种用来研究媒质界面或薄膜特性的光学方法[1-2]。其原理是利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或透射时出现的偏振态的改变来研究表面薄膜厚度、光学常数、膜性质和结构以及基体光学性质和结构等。早期的椭偏术多半采用消光方式，它的结构简单，已被沿用了上百年。这种方式在实验中需要使用一个1/4波片，这限制了工作波长范围，因此难以被用于材料的光谱学研究。此外，测量过程多半靠手动完成，比较费时。为了克服这些缺点，实现研究材料的光学特性随光子能量变化的关系，人们对实验方法进行了改进，考虑省去1/4波片，而采用光度型的椭偏检测方法[3]。在实验中，固定起偏器方位角，同时连续旋转检偏器。因此，只要读取不同检偏方位角的光信号强度，就能通过计算分析得到完整的椭偏参数。但由于实验中涉及到大量的数据处理和繁复的三角函数计算，为获得一条谱线所消耗在测量操作和计算上的时间太多使得这种有用的方法在很长一段时间没有得到广泛的应用。计算机（尤其是PC机）的出现和计算技术的不断提高给这种方法注入了新的活力，并得到了迅速的发展。目前，随着计算机制造业的迅猛发展，超大型集成电路对芯片不断提高质量和扩大用途的要求，促进了椭偏仪制造业和SE技术的发展。以90年代初至今为例，美国的椭偏仪生产厂家已
空间目标温度的地面测量
空间目标温度的地面测量 WANG Guo-qiang,WU Yuan- hao,WANG Jian-li,ZHAO Jin-yu Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033, China 摘要：空间目标的多波段红外数据可用于目标识别与空间监视等领域。目标的这些辐射特性可以通过分析相关数据来获得。这些辐射特性包括温度、辐射范围、发射率、吸收率、反射率和时间趋势。空间目标的红外辐射温度是一个重要的特点，从这个特点出发可以判断空间目标在轨道中的运行状态。我们采用测量目标的光谱分布和与普朗克公式对比数据的方法来确定红外辐射温度。为了提高测量的精度，我们有效地优化了中心波长和中心带宽。我们还使用了一个简单的程序来实现温度测量。 关键词：温度；波长；带宽 一、引言 温度是空间目标的一个主要的红外特性，我们不仅可以通过测量空间目标的温度来判断其性质和运行状态，还可以通过测量空间目标的温度来提供升级和检测其装备使用情况的基站来检测目标。在较低温度（180k—360 K）和距离观测站较远的情况下，由于空间目标的红外辐射信号模糊不清，衡量空间目标的温度显得非常困难。目前，通过测量双波长通量并将数据拟合普朗克公式来确定物体温度的测量方法正成功地运用于高温测量。然而，关于物体的低温测量，尤其是空间目标的低温测量的报告却是少之又少。在本文中，我们尝试利用优化中心波长（测量空间目标温度的一个重要指标）的方法来完成温度测量。 空间目标的通量辐射需要在两个窄带中测量得来。我们构建了两个窄波段通量的比例，然后将这些数据与普朗克公式相拟合以便计算温度。为了确保较高的精度和较强的抗干扰能力，这是测量温度的一个常用方法。该方法的要点是选择合理的中心波长和带宽来提高计算精度。
空间碎片偏振光谱成像探测技术研究-深空探测学报
第2卷第3期2015年9月 深空探测学报 J o u r n a l o fD e e p S p a c eE x p l o r a t i o n V o l.2 N o.3 S e p t e m b e r2015空间碎片偏振光谱成像探测技术研究 姜会林,江伦,付强,董科研 (长春理工大学空地激光通信国防重点学科实验室,长春130022) 摘要:随着太空探索活动的逐年增多,人类对空间碎片的探测显得越发重要三文章首先介绍了探测空间碎片的意义及其常规的光电探测方法,并分析了探测空间碎片的主要难点;在此基础上,结合空间碎片的具体特征,提出一种对空间碎片进行探测与识别的新方法,即将成像二光谱二偏振三个光学基本量同时使用,通过多元特征融合等识别技术,实现对空间暗二弱二小碎片的高效探测,并对新方法中的关键技术进行了分解和可行性分析三关键词:空间碎片;偏振光谱成像;光电探测 中图分类号:V520文献标识码:A 文章编号:2095-7777(2015)03-0272-06 D O I:10.15982/j.i s s n.2095-7777.2015.03.014 0引言 空间碎片是指宇宙空间中除正常工作的飞行器外所有人造物体,大到卫星残骸,小到发动机点火产生的粉末[1]三随着人类探索太空活动的逐年增多,太空中空间碎片数量也呈爆发式增长,空间碎片的存在严重威胁着在轨运行航天器的安全,它们和航天器的碰撞能改变航天器的表面性能,造成表面器件损伤并导致航天器系统故障三1996年7月24日,法国 樱桃色 (C e r i s e)卫星的重力梯度杆被欧洲 阿里亚 (A r i a n e)火箭助推器的残片撞断,导致卫星姿态失控三2009年2月11日,俄罗斯废弃的 宇宙2251 军用通信卫星和美国铱卫星公司的 铱33 卫星在西伯利亚上空800k m相撞,这次相撞不仅导致了巨大的经济损失,更重要的是产生了新的碎片,给空间环境带来了新的安全隐患,据统计20%~40%的航天器异常或故障是由空间碎片诱发的三因此,对空间碎片进行监测,及时对其进行定轨预报二识别编目与侦查分析对保障航天活动的安全具有重大意义三 本文在分析目前空间碎片光学探测方法的基础上,针对空间碎片光学探测的技术难点,提出将光强信息二光谱信息二偏振信息融合的三合一探测方法,以对目前的空间碎片光测方法进行有益的补充三 1空间碎片光学探测方法及技术难点 目前空间碎片光学探测主要采用的是基于空间碎片物理特性的探测手段,可分为基于光强信息探测二基于光谱的探测以及基于偏振信息的探测等三1.1光学探测方法 1)基于光强信息的探测 空间目标反射太阳光的亮度与目标本身的材质二形状二运动状态以及探测视线与太阳的夹角等因素有密切关系,目标亮度信息中包含有目标本身的参数信息三通过光学望远镜可实现对空间碎片的光强探测,通过长时间大量探测数据的分析,能确定出目标亮度变化的特征曲线,从而确定目标的形状二在轨状态等某些特性[2]三如稳定卫星的太阳帆板提供较明亮的反射,随着相位角的降低星等信号也随之减低三而失效的卫星或碎片处于不稳定的翻滚状态,其光流量强度随着相位角的变化,没有增大或减小的长周期趋势,是短周期的无规律变化三这种特性可用于空间目标的工作状态的判定三图1是R u b i n2卫星的几何形状以及反射的光度信号[3]三2)基于光谱信息的探测 空间目标的光谱测量,实质上是利用光谱仪测量卫星的反射能量随波长的变化三已有研究表明,不同卫星平台的光谱存在差异,可利用光谱对卫星进行分类,同时可利用光谱分析空间碎片的物理属性,根据不同金属和涂料的吸收性特征来确定目标的材料类型三图2所示为美国M a u i岛光学探测设备获取的某个正在工作的卫星和火箭残骸的光谱信 收稿日期:2015-01-12修回日期:2015-06-28基金项目:国家自然科学基金资助项目(91338116)
中波红外光谱偏振成像技术及系统研究
中波红外光谱偏振成像技术及系统研究 光谱偏振成像技术是一种将光谱测量技术和偏振成像技术融为一体的新型 光学探测技术,它不仅可以获得被测目标物体的光谱信息,还可以获得被测目标 物体的图像信息和偏振信息,为目标物体的全方位准确识别提供了有力地保障。目前光谱偏振成像技术广泛应用于生物医学诊断、目标探测与识别、空间遥感、环境监测等领域。 为了能够准确理解光谱偏振成像技术的工作原理以及研究新型的光谱偏振 成像系统,本文依托于中波红外微型光谱测量系统、中波红外分孔径同时偏振成像系统对光谱偏振成像技术的光谱测量技术和偏振成像技术进行了研究。在此基础上,构建了中波红外光谱偏振成像系统。 中波红外光谱偏振成像系统是在传统的迈克尔逊系统的基础上,通过引入偏振调制模块和多级阶梯微反射镜,实现了偏振信息的测量和干涉系统的静态化。与传统的傅里叶变换型成像光谱系统相比,此系统除了具有光通量大、多通道的优点外,还具有信息量大的优点。 本论文的主要工作有以下三个部分:一、光谱测量技术研究:提出一种轻型的基于微光学元件的傅里叶变换光谱测量系统,并对系统进行了设计。改进了传统折衍混合单透镜光焦度的分配,得到了可应用于光谱测量系统的单片式准直系统。 基于波像差理论和Sellmeier色散公式,分析了前置准直系统残存的像差以及折衍混合单透镜的衍射面的衍射效率对光谱复原的影响。分析了微光学元件的衍射对光谱复原的影响。 与此同时,分析了微透镜阵列的像面和中继系统的物面的轴向装配误差对光谱复原的影响。最后借助光学分析软件ASAP对空间调制型的傅里叶变换红外光
谱测量系统进行了建模。 二、偏振成像技术研究:结合孔径分割技术和偏振探测技术,提出并设计了一种静态的中波红外分孔径同时偏振成像系统。采用等权重方差的优化方法对系统各通道线偏振片的偏振轴方向以及波片的快轴方向进行了优化,并通过仿真论证了优化方法的正确性。 基于分时偏振成像系统的傅里叶分析法和偏振测量结构的特点,提出一种误差标定和校准的新方法,并对标定理论进行了推导。对中波红外分孔径全偏振成像系统进行了装调、原理样机的集成和校准,并利用校准后的系统进行了偏振成像实验,观察到了明显的偏振现象。 最后对获得的偏振图像进行了图像融合,融合后的图像相较于普通光强图像,图像的细节更加清晰,图像的信息量更大,为目标景物的准确识别提供了有力的保障。三、光谱偏振成像技术研究:提出了一种基于微型静态干涉系统的中波红外傅里变换型线偏振干涉成像系,完成了系统的参数计算。 根据近轴光学理论,采用物镜像方远心和中继系统物方远心的设计方案,使物镜和中继系统很好的匹配,降低了能量损失。当入射光为非偏振光和线偏振光两种极端情况下,对系统的透过率进行了分析,进而对系统获取信息的能力进行评估。 采用邦加球螺旋线的采样方式,分析了旋转偏振的旋转误差,入射光的偏振度、偏振态对偏振信息准确测量的影响,并给出了旋转公差容限,为实际的装配提供指导。