星载测风双视场准共路多普勒外差干涉仪基础问题研究
多普勒外差干涉技术是在空间外差干涉技术基础上发展而来的一种新型风场探测技术.相对于传统的法布里-珀罗干涉技术和广角迈克尔逊干涉技术,其具有无运动部件、结构紧凑、重量轻、加工装调精度要求低、可同时探测多条谱线等优点,特别适合星载平台应用.本文针对基于Kosters棱镜的准共路多普勒外差干涉仪在星载平台实现双视场风场探测这一实际需求展开研究.首先在空间外差干涉技术基础上对多普勒外差干涉仪理论进行介绍.证明了干涉条纹空间频率公式;推导了系统非对称量与干涉强度初相位的关系;对干涉仪仪器性能如光谱范围、分辨极限和光谱分辨能力进行分析.介绍了多普勒外差干涉仪风场探测基本原理.其次,对多普勒外差干涉仪双视探测实现方法开展研究.提出多普勒外差干涉仪成像系统光瞳匹配关系,在总结了传统风场探测技术中双视场探测方法的基础上提出适用于多普勒外差干涉仪的方案:在单视场探测系统中加入额外的柱面镜实现双视场分离.同时,该方案使干涉仪在大气层垂直方向具有空间分辨能力.接着,对采用Kosters棱镜准共路结构的干涉仪设计基础问题开展研究,推导了非对称量△d与光栅利特罗(Littrow)角、分光棱镜顶角等光学参数的关系.以基于氧原子红线(O[1D]630nm)进行星载双视场探测为例,给出了参数优化和系统设计的过程和结果.系统对大气高度为230km-270km的上层大气实现双视场探测,垂直方向的空间分辨率为0.4km.最后,对全系统干涉图进行建模仿真,结果表明:双视场准共路多普勒外差干涉仪具有垂直高度空间分辨能力.同时,在不使用视场扫描装置的情况下就可以获得两个视场方向不同高度层上的干涉图,借助卫星平台运动可以获得同一目标区域的风场矢量信息.
- 作者：
- 费小云
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 光学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 白清兰；冯玉涛
- 中图分类号：
- P414.7
- 关键词：
- 风场探测；多普勒外差干涉仪；星载；双视场；光学设计
- wind observation； DASH interferometer； satellite platforms； two fields of view； optical system design