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非对称空间外差干涉仪标定技术

朱光逸 朱亚军 王天才 袁韦 刘伟军 徐寄遥

朱光逸, 朱亚军, 王天才, 袁韦, 刘伟军, 徐寄遥. 非对称空间外差干涉仪标定技术[J]. 空间科学学报, 2025, 45(6): 1542-1551. doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0143
引用本文: 朱光逸, 朱亚军, 王天才, 袁韦, 刘伟军, 徐寄遥. 非对称空间外差干涉仪标定技术[J]. 空间科学学报, 2025, 45(6): 1542-1551. doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0143
ZHU Guangyi, ZHU Yajun, WANG Tiancai, YUAN Wei, LIU Weijun, XU Jiyao. Calibration Techniques for Asymmetric Spatial Heterodyne Interferometers (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(6): 1542-1551 doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0143
Citation: ZHU Guangyi, ZHU Yajun, WANG Tiancai, YUAN Wei, LIU Weijun, XU Jiyao. Calibration Techniques for Asymmetric Spatial Heterodyne Interferometers (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2025, 45(6): 1542-1551 doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0143

非对称空间外差干涉仪标定技术

doi: 10.11728/cjss2025.06.2024-0143 cstr: 32142.14.cjss.2024-0143
基金项目: 国家重点研发计划项目(2021YFE0110200), 中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划项目(YSBR-018), 国家自然科学基金项目(41831073, 42174196, 42174212), 中国子午工程项目, 太阳活动与空间天气全国重点实验室专项基金资助项目和中国科学院国际科技合作计划项目(183311KYSB20200003)共同资助
详细信息
    作者简介:
    • 朱光逸 男, 1995年11月出生于黑龙江省哈尔滨市, 中国科学院国家空间科学中心在读博士研究生, 主要研究方向为中高层大气风场探测与反演. E-mail: gyzhu@swl.ac.cn
    通讯作者:
    • 朱亚军 男, 1985年8月出生, 中国科学院国家空间科学中心研究员, 博士生导师, 主要研究方向为中高层大气动力学、光化学以及辐射等物理过程和机制、中高层大气地基和卫星探测数据的分析和反演算法, 以及被动光学遥感探测仪器的研发工作. E-mail: y.zhu@swl.ac.cn
    • 徐寄遥 男, 1959年1月出生, 中国科学院国家空间科学中心研究员, 博士生导师, 国家杰出青年科学基金获得者, 主要研究方向为中高层大气光化学和动力学以及辐射过程, 中高层大气探测技术、信息处理以及分析方法, 空间物理学探测和实验方案的设计和研究. E-mail: jyxu@spaceweather.ac.cn
  • 中图分类号: P356

Calibration Techniques for Asymmetric Spatial Heterodyne Interferometers

  • 摘要: 中高层大气风场探测对于大气模型构建、卫星轨道预测、通信导航保障和空间天气灾害预测具有重要的科学和应用价值. 光学干涉仪获取气辉辐射的多普勒频移是大气风场遥感最重要的方法之一. 标定光学干涉仪的测风性能对于确保探测精确度有重要意义. 通过研究非对称空间外差干涉仪的测风原理, 提出测风敏感系数的概念, 为仪器标定提供理论依据. 设计并实施了两种典型的标定系统, 用以对非对称空间外差干涉仪进行测风标定实验. 结合标定过程与结果对这两种标定系统的不确定度以及适用性进行综合评估. 声光移频测风标定系统具有优于±1 m·s–1的不确定度, 并且结构紧凑、易于集成, 可作为传递标准, 用于地面测风网络的内部校准, 反射转盘式测风标定系统具有广泛的光源适用性. 该结果可为测风光学干涉仪的实验室和常规现场标定提供参考.

     

  • 图  1  非对称空间外差干涉仪配置

    Figure  1.  Schematic of an asymmetric spatial heterodyne interferometer configuration

    图  2  反射转盘式测风标定系统

    Figure  2.  Wind measurement calibration system of reflection wheel

    图  3  多普勒风速模拟器原理. 反射转盘的正(a)侧(b)视图

    Figure  3.  Principle of the Doppler wind generator. Front view (a) and side view (b) of the reflection wheel

    图  4  反射转盘式测风标定系统实验结果

    Figure  4.  Experimental results of wind measurement calibration system of reflective wheel

    图  5  标定前后测量结果对比

    Figure  5.  Comparison of measurement results before and after calibration

    图  6  声光移频式测风标定系统

    Figure  6.  Wind measurement calibration system of AOFS

    图  7  光拍频法测定多普勒频移实验装置

    Figure  7.  Experimental setup for Doppler shift determination by light beat method

    图  8  光拍频法测量结果

    Figure  8.  Measurement results of the light beat method

    图  9  声光移频式测风标定系统实验结果

    Figure  9.  Experimental results of wind measurement calibration system of AOFS

    图  10  标定前后测量结果对比

    Figure  10.  Comparison of measurement results before and after calibration

    表  1  反射转盘式多普勒风速模拟器参数

    Table  1.   Parameters of Doppler wind generation system of reflection wheel

    $ {{N}}_{{\mathrm{s}}} $ 0~6000 r·min–1
    r 13.8 cm
    $ \cos {{\gamma }}_{1} $ 0.9629
    $ \cos {{\gamma }}_{2} $ 0.6691
    $ {{v}}_{\rm{r}} $ 0~119.6 m·s–1
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    表  2  反射转盘式多普勒风速模拟器不确定度分析

    Table  2.   Uncertainty of Doppler wind generation system of reflection wheel

    $ {{N}}_{\rm{s}}=4000\; $r·min–1
    不确定度来源
    测量不确定度 $ {v} $r = 79.76 m·s–1
    引起的速度不确定度/(m·s–1)
    $ {{N}}_{\rm{s}} $ ±10 r·min–1 ±0.19
    $ {r} $ ±0.2 cm ±1.08
    $ \cos {{\gamma }}_{1} $ ±0.020 ±1.55
    $ \cos {{\gamma }}_{2} $ ±0.036 ±0.08
    光源频率 ±1 MHz ±0.63
    $ {v} $r的不确定度 ±2.00
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    表  3  反射转盘式测风标定系统的精确度

    Table  3.   Precision of wind measurement calibration system of reflection wheel

    反射转盘式测风标定系统 精确度/(m·s–1)
    Babcock[17] $\ll 1 $
    Shen[18] 2.92
    Dötzer[19] 2
    Kuang[20] 10.8
    Wei等[12] ≈ 3
    下载: 导出CSV
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    KUANG Yinli. Research on Radial Velocity Measurement Technology Based on Doppler Asymmetric Space Heterodyne Interferometer[D]. Chengdu: Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, 2020
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-10-19
  • 修回日期:  2024-12-23
  • 网络出版日期:  2024-12-31

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