120_180nm星载远紫外电离层成像光谱仪光学系统设计与研究
太阳模拟器光学系统设计
太阳模拟器光学系统设计刘超博;张国玉【摘要】论述了太阳模拟器的工作原理,设计了一个太阳模拟器光学系统,该系统由椭球面聚光镜、光学积分器、光阑、准直物镜等组成,并对准直性误差进行了理论计算.设计结果表明,成像质量良好,满足系统的技术要求.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(033)001【总页数】4页(P14-17)【关键词】太阳模拟器;光学系统【作者】刘超博;张国玉【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春,130022;长春理工大学光电工程学院,长春,130022;光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】O432太阳模拟器是太阳敏感器地面模拟试验和性能测试与标定的重要设备，在地面上模拟太阳光辐照特性，用来模拟空间环境，其主要作用是提供与太阳光谱相匹配的、均匀的、准直稳定的且具有一定辐照度的光源，主要用于航天器(飞行器)空间环境模拟试验，近几年在空间技术、太阳能利用以及遥感技术等领域也把它作为太阳光模拟光源，具有广泛的应用价值。
本文论述了太阳模拟器的工作原理，并详细介绍了太阳模拟器的光学系统设计。
在实验室内实现太阳目标仿真，给卫星姿态控制系统内的太阳敏感器提供太阳光模拟信号。
1 太阳模拟器的工作原理如图1所示，太阳模拟器采用了同轴透射式准直光学系统，其主要由氙灯、椭球面聚光镜、光学积分器(场镜和投影镜)、光阑、准直物镜等组成，采用具有轴对称性的短弧氙灯作为模拟器的理想光源。
光源发出的辐射通量由聚光镜系统会聚并反射。
在光学积分器场镜组阵列通光口径内形成一个所要求的辐照分布，这个分布经光学积分器各元素透镜对称分割，在叠加透镜的焦面上形成一个辐照度均匀分布的辐照面。
这个均匀辐照面经准直物镜投影成像在要求的位置上。
朝准直物镜看去，辐照光束来自位于准直物镜焦面上的视场光阑处，如同来自“无穷远”处的太阳[1]，从而模拟了太阳光辐照。
采用STV0299B的中分辨率成像光谱仪信号中频接收模块设计
Ｍｏ ｉ（ ｄｓ中分辨率成像光谱仪） 是搭载在 ｔ ｒ 和 ａｕ 卫星 ｅ ａ ｑａ ｒ 上的一个重要的传感器， 是卫星上唯一将实时观测数据通过 Ｘ 波段 向全世界直接广播 ，并可 以免 费接 收数据 并无偿 使用的 星载仪器 ， 全球许多国家和地区都在接收和使用 Ｍｏ ｉ数据 。 ｄｓ Ｍｏ ｉ扫描周期 为 １ ７ 秒 ， ｄｓ ． ７ 每条扫描线沿扫描方 向有 １ ５ ４ ３ ４个 Ｐｘ ｌ， 卫星 轨 道 方 向有 １ ｉｅ 沿 ｓ ０个 １ ＭＤ 的 ＩＯ 白天扫 描 每 Ｋ Ｆ Ｖ。 个 点 在 两 个 Ｍｏ ｉ包 中 传 输 ， 一 个 包 传 输 Ｉ Ｏ １ ５ 第 二 ｄｓ 第 Ｆ Ｖ ～ ， 个 包 传输 ＩＯＶ６～ １ 利 用 Ｃ Ｓ 进 行 了 封装 ， Ｆ ０ Ｃ ＤＳ 使用 ＲＳ２ ５ （５ ， ２３ ２ ）进行纠错 。整个 Ｃ ＤＳ包长度 为 １２ ＣＳ ０ ４字节 。其 中 ＲＳ 编码用来对整个 Ｃ ｄｄ Ｄ ｏ ｅ ＶＣ Ｕ进 行纠错 。 裸数据 是最原始的 地面接收数据 ， 它含 有满足 Ｃ Ｓ Ｃ ＤＳ标准 （ Ｃ ＤＳ １２０Ｂ一） Ｃ Ｓ ０ ． ４ 一 的数据包（ Ａ Ｃ ＤＵ）它经 过格 式化 同步、 。 去扰 、 ＲＳ纠错 、 格式转 变 等 相 应 的 步 骤 和 程序 ， 理 成 为 Ｍｏ ｉ０ 数 据 产 品 。 ｄｓ 处 ｄｓ 级 Ｍｏ ｉ 数据产 品对气象 、农业等有极大 的指 导作用 。近几 年随着 我 国高速数据通信业务 的发展 ，尤其是卫星通信领域应用 的需 求， 自主开发实现高速的 ｍｏ ｉ 数字 接收机变得十分必要 。 ｄｓ 从 设计成本和处理数据速度综合考虑 ，本文采用通用 的数 字解 调芯片 ， 通过 对芯片外围电路的设计和对其部分功能 的控制 ，
这就是用定焦距平行光管法测定_图文(精)
如图5-5,当慧差较小时,星点象
中央亮斑与衍与衍射环之间将有
小量的偏心,且衍射环粗细亮暗不
均匀,甚至散成许多小斑点,如图
5-5a、b、c,当慧差较大时,星点
象将呈现明显的慧星形状,即有一
图5-3
明亮的头部和一个延伸的尾部,如
图5-5d,e。
4、象散星点图象
象散的星点图特征是:当象散较小时,中央亮斑还很圆,但第一亮环将出现十字形暗线,
w tg f y o
o
= ¢ 2 ; w ¢ = ¢
¢ tg f y
2用作图成象的方法很容易得出:w =w ¢,因此可以得到
o o
f y ¢ 2 = f
y ¢ ¢ 2即: o
o
y y
f f ¢ ¢ = ¢ (1-1
这就是用定焦距平行光管法测定焦距所用的公式。其中o
f ¢是平光管物镜的焦距,是已知的。利用公式(1-1计算出被测透镜的焦距f ¢。
后和焦点处,应是中心为园亮点,其衍射环是均匀的同心圆环,而且是前后对称的。如图
5-3a所示;
1、色差星点图象的观察:
对于没有校正过色差的光学系统,由于星点发出各种不同波长的光线,经光学系统后,
分别会聚在光轴不同位置上,则通过显微镜观察,可以看到色彩非常鲜艳的彩色园环等图象。
根据观察到的彩色图象;就可定性
光学系统鉴别率的测量就是依据以上原理。做成各种形式鉴别率板做为目标物放在物平面位置。大眼通过放大镜或显微镜观察或在被测物镜象平面上的分辨率板的象,以刚能分辨开两线之间的最小距离σ(毫米的倒数为被测物镜的目视鉴别率。各种分辨率板的图样如图6-2所示,本实验用图4-2中的a为透射式分辨率板。
光学原理及实验装置如图6-3所示;光源均匀照亮平行光管物镜焦面上的透射式分辨率板。平行光管发出的平行光,通过被测物镜后成象在其象面上,用显微镜观察分辨率板的图象。
高分十四号激光测量系统在轨几何定标与初步精度验证
第 31 卷第 11 期2023 年 6 月Vol.31 No.11Jun. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering高分十四号激光测量系统在轨几何定标与初步精度验证曹彬才1，2*，王建荣1，2，胡燕1，2，吕源1，2，杨秀策1，2，卢学良1，2（1.地理信息工程国家重点实验室，陕西西安 710054；2.西安测绘研究所，陕西西安 710054）摘要：高分十四号卫星搭载了一台三波束激光测距系统，用于辅助双线阵光学相机开展全球1∶10 000无地面控制点立体测图。
由于振动及环境等因素变化，激光测高仪的几何参数相比实验室测量参数会发生改变，必须开展高精度在轨几何定标。
针对高分十四号激光载荷的特点，构建了激光测高严格几何模型，在大气改正、潮汐改正的基础上，利用地面探测器阵列捕获的激光光斑开展激光器在轨几何定标与精度验证。
实验结果表明：高分十四号激光测量系统标定后3个波束的高程精度（1σ）分别优于0.190，0.256和0.220 m，达到设计指标，可作为高程控制点开展业务化生产。
关键词：高分十四号卫星；激光测高仪；在轨几何定标；精度验证；高程控制点中图分类号：P237 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233111.1631On-orbit geometric calibration and preliminary accuracy verification of GaoFen-14 （GF-14） laser altimetry system CAO Bincai1，2*，WANG Jianrong1，2，HU Yan1，2，LÜ Yuan1，2，YANG Xiuce1，2，LU Xueliang1，2（1.State Key Laboratory of Geo-information Engineering， Xi'an 710054， China；2.Xi’an Research Institute of Surveying and Mapping， Xi'an 710054， China）* Corresponding author， E-mail： cbconthe-way@Abstract： The Gaofen-14 （GF-14） satellite is equipped with a three-beam laser altimeter system aimed at assisting the two linear-array optical camera to perform global 1∶10 000 mapping without ground control points. Owing to mechanical vibration and environmental changes， the geometric parameters of the laser altimeter would deviate from those measured in the laboratory； thus， it is necessary to perform high-preci⁃sion on-orbit geometric calibration. In this study， a strict geometric model of the laser footprint was con⁃structed according to the characteristics of the GF-14 laser load. Through atmospheric correction and tidal correction， the laser spot captured by the ground detector array was used to perform on-orbit geometric cal⁃ibration and accuracy verification. The test results indicate that the elevation accuracies of the GF-14 three-beam laser altimeter are 0.190， 0.256， and 0.220 m， which satisfy the design target and can be used as the elevation control point for operational production.文章编号1004-924X（2023）11-1631-10收稿日期：2022-11-04；修订日期：2022-11-28.基金项目：地理信息工程国家重点实验室自立项目（No.D19901-SKLGIE2022-ZZ-01）；青年自主创新科学基金资助项目（No.2023-01）第 31 卷光学精密工程Key words： GF-14 satellite；laser altimeter；on-orbit geometric calibration；accuracy verification；eleva⁃tion control point1 引言星载对地观测激光雷达通过向地面发射激光脉冲，探测激光器到目标之间的距离，结合卫星姿态、位置及激光指向信息，获得激光足印点精确的三维空间坐标。
克州电离层测高仪建设及初步结果_王云冈
第２７卷第６期２０１２年１２月（页码：２３１６－２３２１）地 球 物 理 学 进 展ＰＲＯＧＲＥＳＳ ＩＮ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳＶｏｌ．２７，Ｎｏ．６Ｄｅｃ．，２０１２王云冈，余 涛，王东峰，等．克州电离层测高仪建设及初步结果．地球物理学进展，２０１２，２７（６）：２３１６－２３２１，ｄｏｉ：１０．６０３８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－２９０３．２０１２．０６．００６．ＷＡＮＧ Ｙｕｎ－ｇａｎｇ，ＹＵ Ｔａｏ，ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ－ｆｅｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ａｂｏｕｔ ａｎ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ＫｅＺｈｏｕ ａｎｄ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｒｅｓｕｌｔｓ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｇｅｏｐｈｙｓ．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），２０１２，２７（６）：２３１６－２３２１，ｄｏｉ：１０．６０３８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－２９０３．２０１２．０６．００６．克州电离层测高仪建设及初步结果王云冈１， 余 涛１， 王东峰２， 张 峰２， 向 帆３， 王海东４（１．国家卫星气象中心，北京１０００８１； ２．中科院电子学研究所，北京１００１９１；３．新疆克州气象局，阿图什８４５３５０； ４．新疆克州阿图什气象局，阿图什８４５３５０）摘 要 电离层测高仪是地面探测电离层的主要常规手段．２０１０年８月中国气象局在新疆的克孜勒苏柯尔克孜自治州（简称克州）（北纬３９．７２°，东经７６．１８°）完成了中国最西端电离层垂直探测站的建设．本文介绍了克州电离层测高仪的主要性能参数、一种新的ＣＡＤＩ测高仪天线方案设计及天线系统测试结果；初步比较了克州电离层测高仪站和同样安装了ＣＡＤＩ测高仪的加拿大Ｂａｋｅｒ站（北纬５２．１６°，西经１０６．５３°）２０１０年１０月１日的电离图，这两个站的电离图质量基本一致；２０１１年２月２４日发生了一次太阳耀斑事件，克州电离层测高仪记录了这次耀斑期间电离层的变化和响应，证明了测高仪监测对于短波通信有重要应用价值；比较了２０１０年８月至１０月克州电离层测高仪观测月中值、Ｒｏｍｅ电离层测高仪（北纬４１．９°，东经１２．５°）观测月中值和ＩＲＩ２００７的模式值并发现：１）２０１０年８～１０月，克州ｆｏＦ２观测月中值和同纬度Ｒｏｍｅ的ｆｏＦ２观测月中值在分布形态上比较一致；２）克州ｆｏＦ２观测月中值和模式月中值在８月比较吻合，在１０月存在一定差异；９月１０：００～１３：００、１０月４：００～１４：００ＩＲＩ２００７模式月中值高于观测月中值，且偏离较大（大于８％）；３）克州ｆｏＦ２观测月中值在８月、９月的分布中存在Ｂｉｔｅｏｕｔ现象．关键词 ＣＡＤＩ电离层测高仪，三角天线，电离图，ｆｏＦ２ｄｏｉ：１０．６０３８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－２９０３．２０１２．０６．００６ 中图分类号 Ｐ３５２ 文献标识码 Ａ收稿日期 ２０１２－０２－１０； 修回日期 ２０１２－０６－１１． 投稿网址 ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ作者简介 王云冈，男，理学硕士，助理研究员，从事电离层探测研究．（Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｙｇ＠ｃｍａ．ｇｏｖ．ｃｎ）Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ａｂｏｕｔ ａｎ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ＫｅＺｈｏｕａｎｄ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｒｅｓｕｌｔｓＷＡＮＧ Ｙｕｎ－ｇａｎｇ１， ＹＵ Ｔａｏ１， ＷＡＮＧ Ｄｏｎｇ－ｆｅｎｇ２， Ｚｈａｎｇ Ｆｅｎｇ２，ＸＩＡＮＧ Ｆａｎ３， ＷＡＮＧ Ｈａｉ－ｄｏｎｇ４（１．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｐａｃｅ ｗｅａｔｈｅｒ，ＣＭＡ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＣＡＳ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９１，Ｃｈｉｎａ；３．Ｋｅｚｈｏｕ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ａｔｕｓｈｉ ８４５３５０，Ｃｈｉｎａ；４．Ａｔｕｓｈｉ，Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ａｔｕｓｈｉ ８４５３５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｍａｉｎ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｅ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ ｂａｓｅｄ ｇｒｏｕｎｄ．Ｉｎ Ａｕｇｕｓｔ ２０１０，ＣＭＡ ｈａｓ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｏｆ ａ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｋｅｚｈｏｕ（３９．７２°Ｎ，７６．１８°Ｅ），ｗｈｅｒｅ ｉｓ ｔｈｅ ｗｅｓｔｅｒｎｍｏｓｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ．Ｉｎ ｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＣＡＤＩ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｉｎ Ｋｅｚｈｏｕ，ａ ｎｅｗ ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ＣＡＤＩ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅａｎｄ ｉｔｓ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ａｒｅ ｓｈｏｗｎ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ Ｋｅｚｈｏｕ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｏｎｏｇｒａｍｓ ａｎｄ Ｂａｋｅｒ（Ｃａｎａｄａ）ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｓｔａｔｉｏｎ（５２．１６°Ｎ，１０６．５３°Ｗ）ｉｏｎｏｇｒａｍｓ ｉｎ Ｏｃｔｏｂｅｒ １，２０１０ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅｉｒｉｏｎｏｇｒａｍｓ ｉｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ．Ｋｅｚｈｏｕ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｔｈｅ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｖａｒｉｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｆｌａｒｅ ｏｎＦｅｂｒｕａｒｙ ２，２０１１ａｎｄ ｉｔ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｔｏ ＨＦ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｅｚｈｏｕ，Ｒｏｍｅ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ（４１．９°Ｎ，１２．５°Ｅ）ｄａｔａ ａｎｄ ＩＲＩ２００７ｆｒｏｍ Ａｕｇｕｓｔ ｔｏＯｃｔｏｂｅｒ ２０１１ｉｓ ｆｏｗｌｉｎｇ：１）ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ａａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｋｅｚｈｏｕ ｍｅｄｉａｎ ｆｏＦ２ｔｒｅｎｄ ａｎｄ Ｒｏｍｅ’ｓ；２）ｔｈｅ ６期王云冈，等：克州电离层测高仪建设及初步结果Ｋｅｚｈｏｕ ｍｅｄｉａｎ ｆｏＦ２ｉｓ ａｇｒｅｅ ｗｉｔｈ ＩＲＩ２００７ｉｎ Ａｕｇｕｓｔ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｓｏｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ Ｏｃｔｏｂｅｒ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ＩＲＩ ｍｏｄｅ ｖａｌｕｅｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ Ｋｅｚｈｏｕ ｍｅｄｉａｎ ｆｏＦ２（ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ８％）ｉｎ １０：００～１３：００，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ａｎｄ ４：００～１４：００，Ｏｃｔｏｂｅｒ；３）ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｂｉｔｅｏｕｔ ｉｎ Ｋｅｚｈｏｕ ｍｅｄｉａｎ ｆｏＦ２ｄａｔａ ｉｎ Ｏｃｔｏｂｅｒ ａｎｄ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＣＡＤＩ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ，ｔｒｉａｎｇｌｅ ａｎｔｅｎｎａ，ｉｏｎｏｇｒａｍ，ｆｏＦ２０ 引 言１９２５年Ｇ．Ｂｒｅｉｔ和Ｍ Ａ Ｔｕｖｅ发明了电离层垂直探测设备———电离层测高仪［１，２］．在此后近一个世纪对电离层的研究学习过程中，电离层测高仪的观测方式由手动观测发展为自动观测，电离层测高仪由模拟结构发展成了数字结构［３－６］，观测物理量由单一频率虚高的测量发展到对信号的幅度、极化、多谱勒、到达角等多个参数的测量［７，８］，并实现了电离层测高仪联网、电离图自动度量等功能［９，１０］．目前，全球约有近二百个电离层垂测探测站在同时对电离层进行探测．其中，应用较广泛的数字电离层测高仪有美国Ｌｏｗｅｌｌ大学研制的Ｄｉｇｉｓｏｎｄｅ测高仪、加拿大生产的ＣＡＤＩ测高仪等，我国有关单位自行研制电离层测高仪在国内也得到了一定的应用．电离层垂直探测除了具有全球范围分布广、探测资料积累时间长、探测结果准确可靠等优点，同时也有无法获得顶部电离层信息等不足之处．将电离层垂直探测与其它电离层探测手段有机结合在一起，是获得电离层完整信息的有效途径之一．中国气象局国家空间天气监测预警中心将电离层垂直探测和电离层ＧＰＳ探测结合在一起，提供电离层天气的监测预警信息．在气象监测与灾害预警工程中，国家空间天气监测预警中心建设了新疆克孜勒苏克尔克孜自治州（简称克州）、南宁、格尔木、西安等４个电离层垂直探测站．１ 克州电离层测高仪站克州位于帕米尔高原，地处中国的最西端．克州电离层垂直探测站（北纬３９．７２°，东经７６．１８°）位于克州的阿图什市，１０００多公里外的乌鲁木齐站是距离它最近的电离层垂直探测站．克州电离层测高仪的探测数据在中国西部电离层研究、远距离短波通讯、航天测控等方面具有重要的意义．ＣＡＤＩ测高仪由Ｓ．Ｇａｏ和Ｊ．ＭａｃＤｏｕｇａｌｌ设计［６］、加拿大Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｌｔｄ生产，是一种体积小、低功率、低成本、灵活简便的电离层数字测高仪．克州电离层垂测站安装的是新型的ＣＡＤＩ测高仪，主要性能参数如下：表１ ＣＡＤＩ主要性能参数Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＣＡＤＩ输入功率８００Ｗ（脉冲峰值功率）扫频范围１～３０ＭＨｚ（频率数值可变，可通过频率表进行控制）频率扫描１～４００个线性或对数频点高度范围９０ｋｍ到１０２０ｋｍ高度分辨６ｋｍ脉冲编码单脉冲，７／１３位巴克码和１６位补码探测模式垂直探测或者斜向探测天线系统是影响电离层测高仪观测数据质量的重要因素之一．不同类型的电离层测高仪的天线设计不尽相同，即使同种测高仪也可能有多种不同类型的天线设计［１１，１２］．为了获得高质量的电离图，我们针对ＣＡＤＩ测高仪的系统性能，为克州电离层测高仪设计了“一发射两接收”均为三角型天线的天线方案．其中，发射天线为１只三角形天线（如图１（ａ）所示），采用双线线结构，双线间距为０．５米．接收天线为２只三角形天线（如图１（ｂ）所示），采用单线结构．天线系统的主要结构参数如表２所示．表２ 天线系统结构参数Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ类型塔高（ｍ）水平部分长度（ｍ）斜边长度（ｍ）总长度（ｍ）水平部分距地面高度（ｍ）发射天线三角型天线３８ ５６ ４５ １４６ ３接收天线三角型天线２４ ４０ ２９ ９８ ３克州电离层测高仪设备安装完成后，我们利用ＢＩＲＤ通过式射频功率计（４３９１）和ＣＡＤＩ测高仪系统的ｃａｄｉｔｅｓｔＬ应用程序，分别测量了发射天线、接收天线的辐射功率的情况．ＣＡＤＩ测高仪在观测模式下发射脉冲信号，在用ｃａｄｉｔｅｓｔＬ应用程序测试时发射的是连续波信号，为了避免烧坏ＣＡＤＩ测高仪发射机，我们在测试时调低了发射机输出功率值．图２为发射天线功率辐射情况的测试结果，输出功率值在１０ＭＨｚ最大，１５ＭＨｚ最小，反射功率与输出功率的比值在１０ＭＨｚ最大，达到２７％．图３为接收天线功率辐射情况的测试结果，输出功率值在２５ＭＨｚ７１３２地球物理学进展 ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ ２７卷 图１ 克州电离层测高仪天线示意图（ａ）为发射天线；（ｂ）为接收天线Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ｏｆ Ｋｅｚｈｏｕ Ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ（ａ）Ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｔｅｎｎａ；（ｂ）Ｒｅｃｅｉｖｅ ａｎｔｅｎｎａ图２ 发射天线功率辐射上图中的红色圆圈表示发射天线的输出功率，蓝色空心三角表示发射天线的反射功率；下图中的绿色星号表示发射天线反射功率与输出功率的比值Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｔ ａｎｔｅｎｎａ图３ 接收天线功率辐射上图中的红色圆圈表示接收天线的输出功率，蓝色空心三角表示接收天线的反射功率；下图中的绿色星号表示接收天线反射功率与输出功率的比值Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｃｅｉｖｅ ａｎｔｅｎｎａ最大，１５ＭＨｚ最小，反射功率与输出功率的比值在５ＭＨｚ最大，达到３１％．发射天线的反射功率与输出功率比在低频段明显低于接收天线，这说明发射天线性能在低频段性能优于接收天线．２ 初步结果２．１ 电离图我们将２０１０年１０月１日克州电离层测高仪获得电离图与Ｂａｋｅｒ电离层测高仪获得电离图的质量进行了比较．Ｂａｋｅｒ电离层垂直探测站（北纬５２．１６°，西经１０６．５３°）位于加拿大，其观测设备也是ＣＡＤＩ电离层测高仪．通过比较，我们发现，无论从电离图的最低频率、描迹的连续性和清晰程度还是电离层特征参数可度量程度来看，这两个站的电离图质量基本接近，且克州电离层垂测站电离图质量略好于Ｂａｋｅｒ站．这说明新的天线系统能够满足ＣＡＤＩ测高仪的性能要求，克州电离层测高仪工作在正常的状态．图４为２０１０年１０月１日克州电离层垂测站和Ｂａｋｅｒ电离层垂测站的部分电离图，其中（ａ）是８１３２ ６期王云冈，等：克州电离层测高仪建设及初步结果图４ 克州站、Ｂａｋｅｒ站电离图（ａ）、（ｃ）、（ｅ）是Ｂａｋｅｒ电离层垂测站电离图；（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）是克州电离层垂测站电离图Ｆｉｇ．４ Ｉｏｎｏｇｒａｍｓ ｏｆ ＫｅＺｈｏｕ ａｎｄ ＢａｋｅｒＢａｋｅｒ电离层垂测站晚上的电离图，（ｃ）、（ｅ）是Ｂａｋｅｒ电离层垂测站白天的电离图，（ｂ）是克州电离层垂测站晚上的电离图，（ｄ）、（ｆ）是克州电离层垂测站白天的电离图．２．２ ２０１１年２月２４日太阳耀斑对短波信号的影响２０１１年２月２４日爆发了级别为Ｍ３．５太阳耀斑，该耀斑开始于７点２３分（ＵＴ），７点３５分（ＵＴ）达到最大，７点４２分（ＵＴ）结束，ＧＯＥＳ卫星Ｘ射线流量观测结果见图５（上图）．克州电离层测高仪７时２３分电离图正常，７时３３分电离图描迹５．１ＭＨｚ以下部分消失，此后电离图描迹５．１ＭＨｚ以下部分逐渐恢复，到９时电离图恢复正常．图５（下图）是克州电离层测高仪最低频率（ｆｍｉｎ）的分布，其中红色星号连线表示ｆｍｉｎ观测值，蓝色曲线表示ｆｍｉｎ在此次太阳耀斑爆发前后各３天的中位值，粗黑色虚线表是此次太阳耀斑爆发时刻．７时３３分克州电离层测高仪ｆｍｉｎ达到５．１ＭＨｚ，比前后３日中位值高出１．７５ＭＨｚ，涨幅达到１９１％．在太阳耀斑爆发期间，太阳Ｘ射线和远紫外辐射会突然增强，这些辐射以光速传到地球后，电离向日面地球低层大气，使得向日面电离层Ｄ层、Ｅ层的电子密度显著增加，从而增大了电子与中性成分粒子的碰撞机会．而电子和中性粒子碰撞过程中，会吸收电波的一部分能量，并且将其转化为热能．这样，在太阳耀斑爆发后，会出现穿过电离层的或者在电离层Ｄ层、Ｅ层反射的高频电波能量被吸收，严重时电波电信号完全消失的现象．这种现象反映到电离层电离图中，就表现为电离图描迹消失或者部分消失．克州电离层测高仪观测表明，２０１１年２月９１３２地球物理学进展 ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｅｏｐｈｙｓ．ｃｎ ２７卷 图５ 克州电离层测高仪ｆｍｉｎ分布上图中的蓝色星号连线表示ＧＯＥＳ卫星Ｘ射线流量观测结果；下图中红色星号连线表示ｆｍｉｎ观测值，蓝色曲线表示ｆｍｉｎ在此次太阳耀斑爆发前后各３天的中位值；粗黑色虚线表是此次太阳耀斑爆发时刻．Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ Ｆｍｉｎ ｏｆ Ｋｅｚｈｏｕ Ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ图６ 克州电离层临界频率（ｆｏＦ２）Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｆｏＦ２ｏｆ Ｋｅｚｈｏｕ２４日太阳耀斑导致了短波信号的吸收．这与贺龙松等分析了南极中山站宇宙噪声接收机观测结果后认为Ｍ级以上的Ｘ射线耀斑才能引起日侧电离层较为明显的吸收［１３］的结论是一致的．２．３ 电离层临界频率ｆｏＦ２分布利用２０１０年８月至２０１０年１０月克州电离层测高仪的观测数据，我们统计给出了克州电离层临界频率（ｆｏＦ２）８～１０月份月中值的分布情况（见图６）．克州电离层测高仪每１５分钟观测一次，每天获得９６张电离图．在图６中，红色星号连线表示克州电离层测高仪ｆｏＦ２的观测值，蓝色圆点连线表示Ｒｏｍｅ电离层测高仪（北纬４１．９°，东经１２．５°）ｆｏＦ２的观测值（将观测其时间移动到克州站当地时间），黑色曲线是利用ＩＲＩ２００７［１４］计算得到的克州ｆｏＦ２模式值．通过比较克州ｆｏＦ２观测月中值、ＲｏｍｅｆｏＦ２观测月中值和克州ｆｏＦ２模式月中值，我们０２３２ ６期王云冈，等：克州电离层测高仪建设及初步结果发现：１）２０１０年８～１０月，克州ｆｏＦ２观测月中值和同纬度Ｒｏｍｅ的ｆｏＦ２观测月中值在分布形态上比较一致．２）克州ｆｏＦ２观测月中值和模式月中值在８月比较吻合，在１０月存在一定差异；９月１０：００～１３：００、１０月４：００～１４：００ＩＲＩ２００７模式月中值高于观测月中值，且偏离较大（大于８％）．３）克州ｆｏＦ２观测月中值在８月、９月的分布中存在Ｂｉｔｅｏｕｔ现象［１５］．参 考 文 献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ Ｂｒｅｉｔ Ｇ，Ｔｕｖｅ Ｍ Ａ．Ａ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｌａｙｅｒ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ，１９２６，２８（３）：５５４－５７５．［２］ Ａｐｐｌｅｔｏｎ Ｅ Ｖ．Ｔｈｅ ｔｉｍｉｎｇ ｏｆ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｅｃｈｏｅｓ，ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎａｎｄ ｐｉｃｔｕｒｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｗｏｒｌｄ，１９３１，１４：４３－４４．［３］ Ｗｒｉｇｈｔ Ｊ Ｗ，Ｐｉｔｔｅｗａｙ Ｍ Ｌ Ｖ．Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｙｎａｓｏｎｄｅ １．Ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙ［Ｊ］．Ｒａｄｉｏ．Ｓｃｉ．，１９７９，１４（５）：８１５－８２５．［４］ Ｗｒｉｇｈｔ Ｊ Ｗ，Ｐｉｔｔｅｗａｙ Ｍ Ｌ Ｖ．Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｙｎａｓｏｎｄｅ ２．Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆ ｍａｇｎｅｔｏｉｏｎｉｃ ｍｏｄｅ ａｎｄｅｃｈｏｌｏｃａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｍａｌｌ ｓｐａｃｅｄｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ａｒｒａｙ［Ｊ］．Ｒａｄｉｏ．Ｓｃｉ．，１９７９，１４（５）：８２７－８３５．［５］ Ｒｅｉｎｉｓｃｈ Ｂ Ｗ．Ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｇｒｏｕｎｄ－ｂａｓｅｄ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃｓｏｕｎｄｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ［Ｊ］．Ｒａｄｉｏ Ｓｃｉ．，１９８６，２１（３）：３３１－３４６．［６］ Ｇａｏ Ｓ，ＭａｃＤｏｕｇａｌｌ Ｊ．Ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ｐｕｌｓｅｃｏｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｃａｎ．Ｊ．Ｐｈｙｓ．，１９９１，６９（８－９）：１１８４－１１８９．［７］ 万卫星，李钧，张兆明，等．用数字测高仪漂移测量研究电离层声重波扰动［Ｊ］．地球物理学报，１９９３，３６（５）：５６１－５６９．Ｗａｎ Ｗ Ｘ，Ｌｉ Ｊ，Ｚｈａｎｇ Ｚ Ｍ，ｅｔ ａｌ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃｇｒａｖｉｔｙ ｗａｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ ｆｒｏｍ ｄｒｉｆｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｄｉｇｉｓｏｎｄｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ．Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），１９９３，３６（５）：５６１－５６９．［８］ 袁志刚，宁百齐，万卫星．高精度多普勒频高图的获取和分析［Ｊ］．空间科学学报，２００２，２２（３）：２３４－２３９．Ｙｕａｎ Ｚ Ｇ，Ｎｉｎｇ Ｂ Ｑ，Ｗａｎ Ｗ Ｘ．Ａｃｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｔｅ ｄｏｐｐｌｉｏｎｏｇｒａｍ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＳｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），２００２，３（２２）：２３４－２３９．［９］ 宁百齐，林晨，王炳康．ＤＧＳ－２５６电离层数字测高仪的升级与联网［Ｊ］．电波科学学报，２０００，１５（１）：９０－９６．Ｎｉｎｇ Ｂ Ｑ，Ｌｉｎ Ｃ，Ｗａｎｇ Ｂ Ｋ．Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ａｎ ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ ｏｆＤＧＳ－２５６ｄｉｇｉｓｏｎｄｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｄｉｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ），２０００，１５（１）：９０－９６．［１０］ 丁宗华，宁百齐，万卫星．电离层频高图参数的实时自动度量与分析［Ｊ］．地球物理学报，２００７，５０（４）：９６９－９７８．Ｄｉｎｇ Ｚ Ｈ，Ｎｉｎｇ Ｂ Ｑ，Ｗａｎ Ｗ Ｘ．Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｓｃａｌｉｎｇａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｉｏｎｏｇｒａｍ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），２００７，５０（４）：９６９－９７８．［１１］ Ｍｏｒｒｉｓ Ｒ Ｊ，Ｍｏｎｓｅｌｅｓａｎ Ｄ Ｐ．Ｓｏｕｔｈｅｒｎ ｐｏｌａｒ ｃａｐ ＤＰＳ ａｎｄＣＡＤＩ ｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ：１．Ｉｏｎｏｇｒａｍ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｓｐａｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００４，３３（６）：９２３－９２９．［１２］ 余涛，王云冈，王劲松，等．厦门电离层垂测站建设及初步结果［Ｊ］．地球物理学进展，２０１０，２５（２）：５３８－５４２．Ｙｕ Ｔ，Ｗａｎｇ Ｙ Ｇ，Ｗａｎｇ Ｊ Ｓ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｉｏｎｏｓｏｎｄｅ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｘｉａｍｅｎ ａｎｄ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｇｅｏｐｈｉｃｓ（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），２０１０，２５（２）：５３８－５４２．［１３］ 贺龙松，Ｎｉｓｈｉｎｏ Ｍ，张北辰，等．太阳耀斑和相关电离层吸收事件［Ｊ］．科学通报，２０００，４５（１７）：１８２２－１８２８．Ｈｅ Ｌ Ｓ，Ｎｉｓｈｉｎｏ Ｍ，Ｚｈａｎｇ Ｂ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｓｏｌａｒ ｆｌａｒｅｓ ａｎｄ ｉｔｓｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ），２０００，４５（１７）：１８２２－１８２８．［１４］ ｈｔｔｐ：／／ｏｍｎｉｗｅｂ．ｇｓｆｃ．ｎａｓａ．ｇｏｖ／ｖｉｔｍｏ／ｉｒｉ＿ｖｉｔｍｏ．ｈｔｍｌ［１５］ Ｓｃａｌｉ Ｊ Ｌ，Ｒｅｉｎｉｓｃｈ Ｂ Ｗ，Ｋｅｌｌｅｙ Ｍ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ ｓｃａｔｔｅｒｒａｄａｒ ａｎｄ Ｄｉｇｉｓｏｎｄｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ ａｔ ｔｒｏｐｉｃａｌ ｌａｔｉｔｕｄｅｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｏｎｊｕｇａｔｅ ｐｏｉｎｔ ｓｔｕｄｉｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＧｅｏｐｈｙｓｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，１９９７，１０２（Ａ４）：７３５７－７３６７．１２３２。
穹苍之上探奥秘——云南天文科技重器侧记
46科学普及云南科技管理2020年第6期穹苍之上探奥秘——云南天文科技重器侧记张恒荣，黄 晴，施启兴（云南省科技厅科技宣传教育中心，云南 昆明 650051）摘 要：云南有得天独厚天文观测地理环境条件，有独占鳌头天文科技基础设施。
建有亚洲最大口径的2.4m通用光学望远镜、拥有中国唯一的高分辨率太阳望远镜——1m新真空太阳望远镜，启动的景东120m脉冲星射电望远镜研制项目是目前世界上口径最大的全可动低频射电望远镜。
天文学家们在云南天文科学研究高起点重大创新平台上取得了一批高水平的创新成果，云南正成为世人瞩目的天文科研中心。
关键词：天文观测 ；科技基础设施；院省合作中图分类号：F 323.3 文献标识码：A 文章编号：1004-1168（2020）06-00046-02收稿日期：2020-11-11作者简介：张恒荣（1963-），男，云南会泽人，编审，主要研究方向为科技传播、期刊出版。
黄 晴（1986-），女，安徽濉溪人 ，助理研究员，主要研究方向科技报道、科学普及。
施启兴（1995-），男，江西赣州人，主要研究方向为科技声像传播。
0 引言秋天的云南景东彝族自治县哀牢山国家级自然保护区，层林叠翠、风景如画；杜鹃湖，湖面似镜，水天一色。
这里是无线电的“净土”……更是世界最大口径全可动脉冲星射电望远镜研制项目建设台址地。
2020年9月29日上午杜鹃湖畔，当象征建设的第一铲土被铲起时，云南景东120m 脉冲星射电望远镜研制重大科技项目正式启动了。
1 科技重器 浩瀚星空奔来眼底在一年前的2019年10月11日，云南省科学技术厅、云南省林业和草原局、中国科学院昆明分院、普洱市人民政府共同主办“申报建设哀牢山-无量山国家公园综合科学考察”启动会在景东县举行。
中国科学院昆明分院、中国科学院昆明植物研究所、中国科学院昆明动物研究所、中国科学院西双版纳热带植物园、中国科学院云南天文台、西南林业大学、云南省林业调查规划院、云南大学、云南省农业科学院、华东师范大学、复旦大学等单位的50余位专家学者聚集于此，在哀牢山-无量山区域开展植物多样性与植被、脊椎动物调查与资源评估、生态系统综合考察、地质综合考察、遥感/地理/气象/水文、天文和无线电环境、社会经济、人文/历史综合考察等8个专题综合科学考察研究。
紫外LED散射通信信道特性与传输研究
紫外LED散射通信信道特性与传输研究郭求实;何宁;何志毅【摘要】利用modtran大气传输模型对低空信道紫外光传输特性进行分析,研究了近地短距离传输的大气吸收和散射的数学模型.在实验室环境下,系统采用视场角为80°的紫外LED(发光二极管)发射,在传输距离为5～8 m的情况下进行了模拟信号的散射传输测试.结果表明:利用一定的有效散射体,收发俯仰角从10°增加到65°时,能有效实现短距离紫外散射传输.散射体浓度过大对紫外光存在强烈的吸收作用,传输距离将减小,单个紫外LED发射功率低,实际通信应用中,可采用阵列LED来提高发射功率,增加传输距离.【期刊名称】《光通信研究》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】3页(P64-66)【关键词】散射通信;紫外光;仰角;透过率;视场角【作者】郭求实;何宁;何志毅【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TN929.110 引言与传统无线光通信相比，紫外光通信具有保密性好、跟踪端无需对准、可靠性高和便于组网等优点，已广泛运用到军事通信领域。
太阳光辐射的紫外线(200～280 nm)在经过大气层时被臭氧吸收，不能到达地面[1]。
因此，在低空大气信道进行紫外光通信，受此波段的背景光干扰很小，有利于微弱信号的接收。
但此波段在大气中传输衰减很大，只适合短距离通信。
本文研究了低空信道中紫外光传输特性，利用单次散射模型分析光束发散角、发射机和接收机仰角与接收能量的关系，完成了室内环境下的传输实验，通过分析实验结果，提出了系统需要改进的地方。
1 紫外光低空信道传输特性分析对于低空信道紫外光通信，由于大气中存在大量粒子，对紫外光传输的影响较大，造成衰减的主要原因是有效散射体内散射粒子对光的吸收和散射。
《光电检测技术》全【2024版】
3.4 金属卤化物灯——第三代光源
1、工作原理 ：
（1）放电管内金属卤化物蒸发，向电弧中心扩散 （2）电弧中心，金属卤化物分子分解为金属原子和卤原子 （3）金属原子处于高能级时产生辐射，并参与放电 （4）金属原子和卤素原子向浓度低的管壁区域扩散，并在 低温区重新复合为金属卤化物分子，依次循环
（2）光源色温：
a.色温：辐射源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 光的颜色相同，则黑体的这一温度称为该辐射源的色温
b.相关色温：光源的色坐标点与某一温度下的黑体辐射 的色坐标点最接近，则该黑体的温度称为该光源的相关 色温。
能源与动力工程学院
3.2 热辐射光源
1、太阳光 ：直径约为1.392×109m的光球，到地球的
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3.1 光源的基本参数
3、光谱功率谱分布：光源输出功率与光谱的波长关系 常见的光谱功率分布有四种型式： 线状光谱：有若干条明显分隔的细线组成； 带状光谱：由分开的谱带组成,谱带又包含许多谱线； 连续光谱：谱线连成一体； 复合光谱：由以上三种光谱混合而成。
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3.1 光源的基本参数
4、空间光强分布： （1）许多光源的发光强度在各个方向是不同的。 （2）若在光源辐射光的空间某一截面上，将发光强度 相同的点连线，就得到该光源在该截面的发光强度曲线 ，称为 配光曲线；
（3）HG500型发光二极 管的配光曲线。
（4）为提高光的利用率，一般选择发光强度高的方向 作为照明方向。
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Pi
单位：流明每瓦
0.38e ()d
Pi
Km
0.78
V ()d
0.38
0.78
可见辐射通量在输入功率中所占比例： V
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摘要
针对目前国内对星载电离层成像光谱仪 研究 , 设计 了一种 适用于 120~ 180 nm 远紫外探 测的光 学系统 , 并
开展了原理样机的研制工作。对比国外各种方案 , 分析其优劣 性后提出 了以离轴抛 物镜为物 镜 , Czerny T ur ner 结 构为成像光谱系统的方案。为解决传统 Czerny T ur ner 结构像差校正不均匀、 空间分辨率低等缺点 , 进行 了像差理 论的研究 , 并提出了处理方法。设计成功了视场角为 4 , 焦 距为 139. 3 mm, 工作波段在 120~ 180 nm 之间 的星载 电离层成像光谱仪系统。设计结果表明 , 全系统的像差得到充分校正 , 全视场全波段调 制传递函 数值在 0. 6 以 上 , 完全满足指标要求。将该方案与国外已有载荷进行对比 , 证明其工程实现性好 , 性能更为优越。 关键词 传感器 ; 成像光谱仪 ; 远紫外 ; Czerny T urner 结构 ; 像差校正 O 433. 1; T H744. 1 文献标识码 A doi: 10 . 3788 / AOS201131 . 0112011 中图分类号
收稿日期 : 2010 04 27; 收到修改稿日期 : 2010 06 22 基金项目 : 国家自然科学基金 ( 41074126) 资助课题。 作者简介 : 于 磊 ( 1984 ) , 男 , 博士研究生 , 主要从事紫外遥感仪器设计及图像遥感 处理方面的研究。 E mail: to p1go ds@ email. ustc. edu. cn 导师简介 : 王淑荣 ( 1961 ) , 女 , 硕士 , 研究员 , 主要从事空间紫外光学遥感技术研究方面的研究。 E mail: w srong @ ciomp. ac. cn 0112011 1
图 1 系统设计方案选择 Fig . 1 Flo w chart of system design cho ice 0112011 2
于
磊等 :
120~ 180 nm 星载远紫外电离层成像光谱仪光学系统设计与研究
通过以上分析 , 综合考虑工程实现难度与成本, 以及系统性能改善等问题 , 最终选用了与方案三类 似的 Czerny T ur ner 装置 , 它 是在 Ebert F ast ie 系 统上进行改进得到的系统 , 将作为准直物镜和聚焦 成像物镜的一个凹面反射镜拆成两个凹面镜 , 避免 了二次衍射和多次衍射 , 方便了反射镜的加工与装 调。并对传 统 Czerny T urner 系 统像 差 校正 不严 格 , 需要转动光栅等缺点进行了针对性的改进。
、 棱镜色散型和干涉傅里
叶变换型几种 , 另外在一些特定波段上, 也出现了滤 光片型的光谱仪[ 4] 。 对电离层的大型探测始于 20 世纪 80 年代的美 国 , 其研究波段为 120~ 180 nm 的远紫外区域。由 于这一波段光谱辐射弱 , 容易被大气强烈吸收, 因而 在地面上很难进行有效的观测, 而且电离层极易受 到扰动 , 实时变化快 , 动态范围大, 所以如何进行行 之有效的空间探测成为了研究的焦点。目前使用了 成像光谱仪 的该类国外先进载荷主要包括 A IRS、 SSUL I 、 GU VI 、 SSU SI 、 RAIDS 等
光
学
学
报
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引
言
设计要求 , 在像差理论的基础上对系统进行了改进 , 除了使之适应成像系统要求外 , 还在空间分辨率上 进行了改善和提高 ; 最终以一面离轴抛物镜为物镜 设计得到了适用于远紫外波段探测的成像光谱仪光 学系统, 并对设计结果进行了分析。
成像光谱仪是 20 世纪 80 年代在多光谱遥感成 像基础上发展起来的新一代光学遥感仪器 , 它能在 特定光谱域以高光谱分辨率同时获得连续的目标超 多谱段图像, 这使得遥感应用可以在光谱维上进行 空间展开, 从而达到定量分析地球表层以及大气层 的目的 , 因而得到广泛的应用[ 1, 2] 。 成像光谱仪一般采用望远镜和光谱仪相结合的 光学结构 , 并使用面阵探测器进行数据采集。其光 学系统有多种不同结构选择, 而光谱仪的分光方法 0 , 所以 cos
3
1
和 cos
3
2
可近 ( 2)
图 3 聚 焦镜表面形状 F ig . 3 Surface shape of fo cusing mirr or
似看作为 1, ( 1) 式可以改写为 sin 2 / sin 1 = ( r 2 / r 1 ) 2 ( cos i / co s ) 3 . 这样 , 可以对 r 1 , r 2 ,
3
像差分析与校正方法
望远镜系统使用的离轴抛物镜 , 理论上可以通
图 2 Czer ny T urner 光学 系统原理图 F ig . 2 Schemat ic diagr am of Czer ny T urner o ptica l system
根据 Shafer 方程 sin
2
[ 9]
可以对聚焦镜的入射角进 / cos cos ) , ( 1)
3
该镜表面为任意自由曲面 , 如图 3 所示。
行调节从而有效地抑制彗差。方程如下: / sin
1 1
= ( r 2 / r 1 ) ( cos i cos
2
2
2
1
式中 和 分别为准直镜和聚焦镜中心光线的离 轴入射角, r 1 和 r 2 为准直镜和聚焦镜的曲率半径,
2
i 和 则为平面光栅的入射角和衍射角。由于
[ 3]
2
光学系统优选
针对远紫外波段的特点 , 对比国外研究经过分 析初步得到了三种满足条件的方案 , 如图 1 所示。 方案一采用了窄带透射式滤光片作为 分光器 件, 主镜和次镜则使用了参数不同的多次非球面镜组 成沃兹沃斯系统。这个方案有效地减小了系统的像 差, 但是为了满足光谱分辨率和能量传输的要求, 所用 窄带滤光片的带宽不能超过 5 nm, 且透射效率需大于 50% , 这样的滤光片制造技术在科学上还是一个较难 解决的问题, 目前国内尚不能实现。此外, 多次非球面 镜的加工和装调在工程实现上也有较大的难度。 方案二使用了超环面光栅作为分光器件和聚焦 成像物镜, 并以一面离轴抛物镜作为物镜组成了沃兹 沃斯系统, 能量传输效率高 , 但是超环面光栅的制作 困难, 国内没有可匹配的制造技术, 该系统像差纠正 也较差。 方案三是 Ebert F ast ie 系统 , 用一个凹面 反射 镜兼做准直物镜和聚焦成像物镜 , 分光器件则使用 了平面光栅, 成像物镜使用了离轴抛物镜, 这种装置 的好处是结构较为简单, 易于制造和装调, 其空间分 辨率介于方案一与二之间。
过对其参数的控制使之所成的狭缝像没有像差。但 实际上, 轴上点可以做到无像差, 而偏轴点的像差则 会随着离轴量的增大而逐渐增大 , 其中起主要作用 的是彗差和像散。通过调整离轴量的大小和入射孔 径的大小可以将这些像差尽量降到最低。这里主要 讨论光谱成像系统。 3. 1 彗差校正 Czer ny T urner 系统 包括准 直镜、 平面 光栅 和 聚焦镜。由原理图 ( 图 2) 可知, 光线的离轴入射会 产生彗差 , 彗差会使谱线单边扩散从而严重影响分 辨率 , 必须严格地加以控制。
1
和
2
调节来进行优化。
由于前三项可以根据反射镜的物理参数来确定, 所 以通过对聚焦镜入射角的优化可以消除彗差。式中 的 i 和 满足光栅色散方程 d( sin i + sin ) = m , 式中 m 为衍射级次 , 为波长 , d 为光栅常数。 3. 2 像散校正 由于反射镜子午方 向和弧矢方向上的焦长不 同 , 狭缝像会沿着狭缝高度扩展到几毫米。对于成 像光谱仪而言这是不可取的。为了解决这个问题, 对 Czerny T urner 系统中的聚焦镜进行 研究, 假定 ( 3)
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Gr adua te Un iver sit y of Chin ese Aca dem y of Scien ces , Beijing 100049, Chin a
Abstract An optical system applied to the detection of 120~ 180 nm far ultraviolet waveband is developed for the study of ionosphere imaging spectrometer carried by satellite in China. The programme that uses off axis parabolic as objective lens and Czerny Turner system as imaging spectrum system structure is proposed after comparing different foreign programmes. The aberration theory is studied and a novel method of aberration correction is deduced to overcome the disadvantages of Czerny Turner structure such as non homogeneous aberration correction and low spatial resolution. Spectrograph system operating in 120~ 180 nm waveband with 4 field of view and 139 . 3 mm focal length is designed. The results demonstrate that the aberration of the syst em is substantially corrected and the modulation transfer function ( MTF) of total field of view is more than 0. 6 in all waveband, which satisfies the requirement. Compared with foreign loads, the structure is more convenient and predominant. Key words sensors; imaging spectrometer; far ultraviolet; Czerny Turner structure; aberration correction OCIS codes 120. 0280; 120. 4570 ; 120 . 6200 ; 300 . 6540