摘要：长波红外差分干涉仪在低温工况下会因光学元件受到非均匀应力作用产生干涉条纹的畸变,从而降低干涉仪系统性能。本文为解决低温工况干涉条纹弯曲畸变问题,基于长波红外差分干涉仪光机系统进行了干涉条纹畸变影响因素分析,结合光-机-热耦合分析方法,对干涉仪系统低温工作状态进行仿真。随后设计了针对影响条纹畸变的关键元件——光栅元件的低温微应力动态稳定支撑安装结构,结构优化后的光栅表面面形均方根(Root Mean Square,RMS)值为3.89×10^(-2) nm,面形峰谷值(Peak to Valley,PV)值为2.21×10^(-1) nm,分别较优化前初始系统的分析结果减小了5个数量级,系统仿真干涉条纹畸变小于1个探测器像元。全系统低温验证试验表明,优化结构可有效抑制干涉条纹畸变,畸变量小于2个探测器像元,试验与仿真计算结果一致性较好,验证了优化分析方法的有效性。该优化方案对提升反射式光学系统结构低温稳定性,提高系统工作能力有较大意义和价值。

摘要：大气风场是理解地球大气系统动力学、热力学特性的重要参数,是气象预报、空间环境监测、气候学研究等必须的基础数据。基于测风干涉仪的被动光学遥感是中高层大气风场测量的主要技术手段。多普勒差分干涉测风技术是一种新型行星大气风场探测技术,该技术通过对干涉图相位的反演来探测大气气辉辐射谱线的多普勒频移,从而实现大气风场探测。经过近二十年的时间,多普勒差分干涉仪的基础理论、干涉仪设计、系统研制工艺、数据处理与风速反演等方面取得了一系列研究成果。本文回顾了大气风场探测多普勒差分干涉仪技术的国内外研究进展,讨论其技术特点和应用潜力,为未来大气风场被动光学遥感探测技术发展和我国大气风场探测领域任务规划提供参考。

摘要：受地形条件限制,山区高速公路省界站场通常利用路线两侧的斜坡台地或阶地展布,以减少大规模的高填深挖。但因省界站场规模庞大,场平过程不可避免要采取填筑,稍有不慎,即会诱发滑坡灾害,尤其是大型堆积或崩坡积形成的台地或阶地。滑坡的处治不仅费用巨大,还会影响到项目的总体进度,甚至关乎到高速公路的如期通车。针对近年来山区高速公路省界站场滑坡事故多发的现状,本文在大型站场滑坡灾害处治实践中总结出了一套简单有效、安全可靠的滑坡灾害处治方法,即单排抗滑桩联合地表截排水和地下引排水;其关键技术是如何确定抗滑桩最优支挡位置,使得桩前滑体剩余下滑力由抗滑桩承受后,桩后滑体在最不利工况下自身能恰好稳定,克服双排或多排桩造成的处治费用过高,施工风险大、周期长等不利因素。该方法经已通车高速公路主线站场滑坡灾害治理的验证,效果显著,具有成熟的理论基础和可靠的实践支撑,可为类似工程提供借鉴和参考。

摘要：研究了基于中阶梯光栅多级衍射特性实现谱段展宽的宽谱段空间外差干涉光谱仪的基础理论和系统设计方法.阐述了宽谱段空间外差干涉光谱仪的特点,分析了仪器性能指标（光谱分辨率、光谱范围、视场、信噪比、衍射级次等）与初始光学和电子学参数（光栅、视场棱镜、成像系统、探测器等）之间的理论关系.然后,设计并搭建了宽谱段空间外差干涉光谱仪实验平台,该系统的理论光谱分辨率为0.173 cm-1@16 950 cm-1,光谱区为500～700 nm.最后,给出了激光（543.5 nm、632.8 nm）、Na灯（589 nm、589.6 nm）、Hg灯（576.96 nm、579.07 nm）光源的宽谱段实验结果,其复原光谱的平均波数采样间隔为0.17 cm-1;光谱复原过程中采用三角切趾函数,平均光谱分辨率为0.39 cm-1.实验结果与理论设计符合良好,且复原谱各级次之间的对应关系与光栅方程确定的理论关系完全符合.

摘要：设计了一种适合微小卫星平台应用的紧凑型空间外差成像光谱仪,该系统利用两套干涉结构将干涉条纹定域于系统外部,并将前置透镜的成像面与系统干涉面重合以获取目标的空间位置信息和光谱信息.根据系统轴上光表达式和奈奎斯特采样定律,给出了系统光谱分辨率和光谱范围与元件参数的匹配关系.通过光线追迹的方式,理论证明了干涉图定域位置,并推导了普适仪器函数表达式.针对氧原子气辉(O[1 D]630nm)星载测量,完成了该紧凑型空间外差成像光谱仪的系统设计和仿真,系统光谱采样间隔为0.762 3cm-1,光谱范围为601.674 9~631.324 6nm.最后通过搭建实验装置获取632.8nm激光光源的目标图像和复原光谱.仿真和实验结果表明:系统光谱采样间隔达到设计要求,且光谱分辨能力为20 822(@630nm);λ/4波长和线偏振器的装调误差(±1°)对系统干涉图调制度影响很小.该系统具有成像能力和光谱探测能力,可作为一种时空联合型干涉光谱仪使用.

摘要：针对海洋光谱成像技术对于宽视场（FOV）、大幅宽、高通量的需求，提出了一种基于像平面干涉技术的新型宽视场干涉光谱成像仪，研究了像平面干涉技术的原理，提出了相应的干涉方案并推导了系统的光程差公式，制定了详细的参数指标并根据相应参数设计优化了光学系统。光学系统前置镜和中继镜分别采用双高斯和Dyson结构，视场为35．5°，幅宽为320km，系统F数为4，焦距为100mm，在400～900nm的谱段范围内，平均信噪比（SNR）大于100，在奈奎斯特空间频率为32lp／mm处，调制传递函数（MTF）大于0．5，各项指标满足要求。

摘要：针对星载测风Fabry-Perot(F-P)干涉仪的核心部件F-P标准具的热稳定性对测风精度的影响,从标准具结构设计角度(材料、形状和固定方式)分析了标准具的热稳定性,并给出最优设计方案。通过对光学元件结构尺寸的优化设计,得出了F-P标准具光学元件的最佳形状尺寸,即平板厚度为25mm,间隔元件的角度为40°。采用柔性结构固定方式,计算了F-P标准具机械结构的形状尺寸。最后基于有限元法,分析了光学组件和整个标准具的热变形。分析结果显示,当环境温度变化0.1℃时,光学组件平板中心间隔变化量为0.64nm,整个标准具平板中心间隔变化量为0.28nm,通光口径边缘处间隔变化量为0.2nm,相对于波长λ为630nm的气辉光谱线约为λ/2 250和λ/3 150,并且平板间隔变化量沿着径向向外逐渐减小。得到的结果显示,优化设计后的结构参数满足风速为5m/s时测量精度对热稳定性的要求,同时满足力学性能要求。

摘要：星载测风干涉仪采用临边观测模式测量大气气辉谱线的多普勒频移来实现大气风场探测,干涉仪有效覆盖性会受到探测目标源及卫星平台模式的限制,在卫星任务规划前端对观测数据进行分析,判断其是否满足科学目标,对风场数据应用具有重要意义。首先,建立了临边观测几何模型,对卫星运行期间仪器的临边切点分布情况进行仿真;其次,探讨了影响仪器有效观测的主要因素,并以昼气辉探测为例,分析在不同时段下,太阳入射角与干涉仪有效时空覆盖性之间的关系;最后使用分离变量法研究卫星轨道参数对测风干涉仪有效覆盖性的影响,并评估不同轨道参数下的干涉仪对欧亚大陆的覆盖百分比。结果表明:1)影响仪器有效观测的因素主要为太阳天顶角和太阳散射角,太阳入射角影响切点纬度覆盖范围和切点地方时;2)卫星轨道倾角和轨道高度共同决定仪器有效覆盖效率,且轨道倾角为欧亚大陆覆盖百分比的主要影响因素,当轨道倾角在60°~80°之间时,覆盖百分比可达到百分百。文中为星载干涉仪的后续设计及性能评估提供了观测几何框架,实现了载荷观测覆盖效能的定量分析,且该模型具备泛用于其他各类大气光学遥感载荷观测模式分析的能力。

摘要：空间外差光谱仪采用特定楔角的棱镜实现视场拓展是提高仪器通量和辐射灵敏度的重要手段之一。借鉴传统傅里叶变换光谱仪视场展宽基础理论,结合空间外差光谱仪的技术特点,研究了基于数值归纳方法进行视场展宽棱镜设计的理论依据和实现途径。分析了不同Littrow角和目标波数下视场展宽棱镜顶角的最优取值及最大视场展宽容限。结果表明数值归纳方法全面衡量各级次视场对相位差的影响给出视场展宽棱镜顶角的最优取值,与传统理论推导方法相比,沿色散主截面方向视场容限提高了10%～30%,且数值归纳方法设计空间外差视场展宽棱镜简单、直观,在设计过程中可同时分析仪器参数对视场展宽容限的影响。

摘要：针对现有结构无法满足大尺寸差分干涉仪稳定性固定,以星载近红外差分干涉仪稳定性结构为研究目标,优化选择光学材料实现实体差分干涉仪的热补偿,提高了光学元件温度稳定性;以支撑结构的最大结构应力和光机粘接面处最大剪切应力小于许用应力为优化目标,建立数学模型,优化设计支撑结构参数,调节组件基频,提高了组件的力学稳定性。有限元分析支撑结构最大应力65.56 MPa,小于材料的抗拉强度,光机粘接面最大剪切应力3.4 MPa;环境温度变化5℃,分光棱镜面形RMS最大变化量1.671 nm,热应力带来的干涉图畸变可忽略。力学振动试验前后,光学测试干涉条纹频率(50个条纹数)未发生变化,差分干涉仪结构满足星载力学环境条件。该方法也适用于棱镜式干涉仪稳定性支撑结构。