[发明专利]静态宽场实时多方向探测偏振风成像干涉仪

说明书

技术领域

本发明内容属于光学遥感仪器、计算机图像处理、精密机械等交 叉学科技术领域，涉及一种用于对高层大气(80～300km)速度场、温 度场、压力场和粒子辐射率等进行被动式遥感探测的装置。

背景技术

国际上对高层大气被动式探测的基础性研究始于20世纪中期。 起初是对被探测源-气辉或极光的产生机理、谱线多普勒频移和展 宽、大气辐射区温度及热动力学特性等问题进行了长期和深入的探 讨；自20世纪80年代起，本领域已相继开始对利用极光的两条主要 谱线(557.7nm的绿线和630.0nm的红线)的干涉图进行四强度探测来 确定高层大气风场的速度、温度的原理及利用仪器探测的方案、仪器 装置的研制等工程性问题进行深入的研究，并且取得了突破性的进 展。法布里-珀罗干涉仪和迈克耳逊干涉仪这两种主要的光学仪器迄 今已被广泛用于地基或空基对大气风速和温度的测量。

法布里-珀罗干涉仪由于具有高的灵敏度、光程差对温度的有 限依赖性以及结构较为简单的优点而延用至今；迈克耳逊干涉仪则 由于其具有较大视场的基本优点，更加适合于行星大气层扩展光源 的研究。大视场的优点也带来了高的信噪比，这更利于大气的测量， 因此当今本技术领域预研的装置大多都是基于迈克耳逊干涉仪原理 的探测装置。目前国际上在被动式大气风场遥感探测领域处于领先 水平和代表性的工作为由加拿大空间署、法国国家空间中心和美国 航空航天局(NASA)合作开展的大气风场探测项目-星载风成像干涉 仪。这一项目最早由法国开始研究，由于经费问题，后与加拿大合 作。在NASA的支持下，1991年9月12日，这一合作项目取得了突 破性进展，风成像干涉仪(WINDII)被搭载于上层大气研究卫星(UARS) 上用于探测卫星覆盖范围的大气风场，所探测光源谱线波长分别为 557.7nm和630.0nm的绿光与红光极光谱线。从迄今传回地球的百 余万张图像中，人们已获得了大量的高层大气的有关信息。它的测 量原理是运用光学多普勒干涉技术来确定大气中携带的辐射粒子 (原子和分子)气辉辐射线波长的微小飘移来测量风速、温度和粒子 的辐射率。风成像干涉仪的主体是温度补偿的含有步进动镜的广角 迈克耳逊干涉仪，其在卫星轨道上测量风速可达到的精度为10m/s， 2005年WINDII已经退役。近年来，美国、加拿大、法国科学家开 始研制用于近红外、中红外区探测风场装置-同温层风场输运干 涉仪(SWIFT)，预计2010年发射并进行探测试验，除此之外，人们 也还考虑到这种装置在感兴趣的紫外、热红外区域的应用，但还涉 及到许多实际的挑战性困难。

目前国际上研制的风成像干涉仪如WINDII、SWIFT、ERWIN等仪 器均采用动镜扫描方式，探测时需要动镜步进四次，分别采集同一 个目标不同时刻的四个干涉强度值，由于在此过程中风场已发生变 化，而测量中却近似认为风场不变，所以造成测量误差较大；另一 方面因为现行仪器中均含有运动部件(动镜)，在很大程度上影响了 仪器的稳定性和测量结果，极不适合航天、航空遥感探测。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供 一种结构合理、性能可靠、操作方便，可实现高层大气风场目标静 态、实时、同时探测的静态宽场实时多方向探测偏振风成像干涉仪。