星载超广角改形sagnac干涉仪的自推扫探测大气风场.pdf

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1、!第!"卷!第!!期!#$$"年!!月&’#&星载超广角改形8&NC&?干涉仪的自推扫探测大气风场"唐远河&!!&&>’&!张淳民!陈光德!刘汉臣!b<40845_‘M!叶剑勇&6西安交通大学理学院物理系!西安)&""’#+!6西安理工大学理学院物理系!西安)&""’*+>6西安工程大学理学院物理系!西安)&""’*+’6?:47:KW8KY:S:.K=R/4,.K7R.4;E1.=:E=/:4=:!b8KBe4/L:KS/7V!’)""[::0:E7K::7!Q8K8478!@47.K/8!?.4.;.J>&_>摘要!!用卫星运动的自推扫方式即入射角的变化探测上

2、层大气风场!探测全视场达’6+I6利用自行设计的超广角改形E.54.=干涉仪光程差公式和H8110:K频移导出+四强度法,探测风场的模式!通过卫星自推扫所致入射角的’个步进值!变换成卫星的’次飞行时刻步进实现+四强度法,的风场探测6设计出超广角改形E.54.=干涉仪的结构尺寸后!通过实例论证了利用超广角改形E.54.=干涉仪!对@G$或@!%)>!6"4-极光!只要??H照相机在#S曝光时间内!通过卫星的’个飞行时刻>6’#>*!+6+*’*!)6>&>"和*6’)!’S所探测的’个极光强度值!就能获得高度为$""B-距卫星&+""B-处的大气风场6关键词!!超广角

3、!改形8&NC&?干涉仪!自推扫!上层大气风场!!风成像干涉仪$]‘MH‘‘,3/4;/-.5:/47:KW:K%测风!它能满足上层大气风场探测所需’6!=-的光:4=:&搭载于上层大气研究卫星$eZYE,<11:K.7%程差!利用超广角改形E.54.=干涉仪随卫星运动的-8S1R:K/=K:S:.K=RS.7:00/7:&实现了被动探测上层大自推扫来测风!可以提高探测精度和抗震性能6)&*气$*",>""B-&的风场6但从eZYE卫星传回地球的上百万张数据图像发现!利用J/=R:0S84干涉!!超广角改形8&NC&?干涉仪%V<89&仪探测风场具有一定的缺陷%]‘

4、MH‘‘中J/=R:0S84!#!!V<89的光程差干涉仪的动镜在步进移动过程中!快速运动的极光图&所示为改形E.54.=干涉仪!左右两臂玻璃其强度变化将引起干涉条纹发生位移!导致干涉条的折射率分别为#和#!水平长度分别为+和>!&!纹的误差较大+卫星在发射和在轨探测过程中!系两臂错位距离为)E当光线经前置望远系统到达9统的稳定性和抗震性能较差等6为此!风场探测的点并以离轴角’$即入射角或视场角!!’为全视场国际研究中心,,,加拿大b8KB大学的科学家一直角&斜入射时!精确到’角正弦值的’阶项时!改形在改造J/=R:0S84干涉仪或寻求其他成像干涉仪以E.54.=干

5、涉仪的光程差为)!,)*探测上层大气风场6虽然强力小卫星$J/5R7V%E.7‘‘&将E.54.=作为高光谱成像仪!但其光程差仅#&有"6&,"6"&--)**!不能满足测风的大光程差需;M!!)$#&)U#&+NI>&U$)N+UI>&#"S/4’U求6因此!本文提出用超广角改形E.54.=干涉仪来!!""$%"&%"’收稿!!""$%"’%!+收修改稿!"国家自然科学基金$批准号%$"!)*"&#!’">)+"&"!’"+>)">&&和西安理工大学科技创新研究资助项目!,%-./0%071!""!S8R<6=8-!第!"卷!第!!期!#$$"年!!月&’#!!!

6、!#&+U)!!!#&N#!>>$!I>>N!#&#"S/4’U$!#!#+>&#"S/4’U&&I)+!>’#&U&$#&#!N&$#&#!)U+’’!$&&$*I)#>>N*#>&#"S/4’*&&其中IM!#!!!#为空气折射率E!!N#&"图"!超广角改形8&NC&?干涉仪#按--:#:CD$干涉条纹K)$KM&!!!:&!因此基准光程差除了"产生整数级干涉条纹$记;""MK)"&外还有部分剩余!称为剩余光程差$;&!则将改形E.54.=干涉"NK)"仪的光程差$&&式分为基准光程差;和小量光程差";S之和!;S加上剩余光程差$;"NK)"&称为步进光程差;

7、W!即;M;)$;&U;S*M图!!离轴角为#的改形8&NC&?干涉仪"U;SMK)"U"NK)";""U;WE有光程差$&&式中!让S/4’和S/4!’两项前的系数均为零!满足这样的条件称为超广角条件E则超广;""MK)"!!;WM$;"NK)"&U;SE$’&角改形E.54.=干涉仪的+!>!)尺寸为超广角条件下的小量光程差;S为/;"#&!!+M!!!#&N#!>>’!!#&N#!;SM!!!#!#+>S/4’M*S/4’!$+&&I>;"I.>M!$#!!&!$!&’!!#!&N#!其中;"#&)M!!#!!#&N#!0’!!!*M!!!#!+>E$$&