基于三维射线追踪和HITRAN数据库的透过率仿真计算

作     者：孙明晨 吴小成 宫晓艳 胡雄 SUN Ming-chen;WU Xiao-cheng;GONG Xiao-yan;HU Xiong

作者机构：中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049 

基　　金：中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA17010302) 中国科学院“十三五”信息化建设专项(XXH13505-04-03) 国家自然科学基金项目(41204137)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2020年第40卷第7期

页      码：2092-2097页

摘      要：星光掩星技术中,利用三维射线追踪方法模拟从地面到110 km高度红外辐射在大气中传输的路线。其中,设置频率为3.95×10^14 Hz,地球形状为椭球状,模型为中性大气,且已知在地固系中目标恒星的三维位置坐标和低轨卫星轨道数据。再利用HITRAN数据库中高分辨率的氧分子吸收线参数,包括吸收线强度、低能态能量等,以天狼星的红外光谱作为原始的接收光谱,即去除地球大气的吸收散射等的作用,光谱能量随着波长的增大而降低,计算接收光谱在近红外氧气分子吸收A带(755~774 nm)的透过率。考虑到仪器小型化,选择氧气的特征吸收谱线760和762 nm,计算两谱线位置的大气透过率随高度的变化,并通过透过率计算接收光谱的信噪比,进行仪器设计的指导。另外,由于大气折射作用,必须将所得透过率进行折射修正。通过仿真计算可知:利用近红外波段755~774 nm,计算了80, 100和110 km三个高度的大气透过率,其随高度的逐渐增高而趋近于1。相比0.2 nm光谱分辨率, 0.1 nm分辨率条件下大气透过率的变化范围更大,为0.28~1,在110 km透过率为0.987,且探测的精确度可小一位。折射引起的透过率在60 km以上等于1,因此60 km以上可以忽略大气折射对大气透过率的影响,无需进行折射修正。利用760和762 nm的特征吸收线,得到光强度信噪比均大于100,且当分辨率为0.1 nm时,光强度信噪比的值更小,说明氧气对光谱的吸收作用更强。两种分辨率条件下所得相邻两高度的光子数变化量差别不大且大于1。最后,根据以上结果,可确定望远镜、 CCD、光谱分辨率、积分时间等参数,用以研究和测试星光掩星的反演算法,形成探测氧气从地面到110 km高度数密度变化的小型化仪器,也可预先分析探测误差等。

主 题 词：星光掩星 三维射线追踪 HITRAN 近红外 透过率 

学科分类：070802[070802] 07[理学] 0708[理学-地球物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2020)07-2092-06

馆 藏 号：203948978...