宽波段大气临边探测方法与关键技术研究

大气的探测和研究是地球和空间科学界共同关注的热点课题，大气临边探测方式既具有天底探测方式的高空间覆盖范围，又同时具有掩日/月探测方式的高垂直分辨率，因此成为国际关注的焦点。宽波段大气临边探测已成为大气探测领域的迫切需求，它比紫外大气临边探测在探测精度和大气成分种类方面都有明显优势，但宽波段大气临边探测的主要难点在于宽波段大动态范围光谱辐亮度信号的探测。本项目拟开展宽波段大气临边探测方案和宽波段临边成像光谱仪设计及相关关键技术研究。本项目提出利用双光栅共光路分成两个通道实现宽波段、大动态范围临边成像光谱探测的新方法，避免了定制价格十分昂贵、制作十分困难的多分区CCD探测器，与国外现有的用复杂的扫描镜和多个分色片的方法相比，具有小型化和轻量化的特点，特别适合空间遥感应用。通过本课题研究为最终实现宽波段临边成像光谱技术在我国空间大气遥感领域的应用奠定理论和技术基础。

大气的探测和研究是地球和空间科学界共同关注的热点课题之一，大气临边探测方式是一种新的探测方式，其不仅具有天底探测方式的高空间覆盖范围，还具有掩日/月探测方式的高垂直分辨率，因此成为国际大气遥感领域研究的热点和前沿。宽波段大气临边探测已成为大气探测领域的迫切需求，它比紫外大气临边探测在探测精度和大气成分种类方面都具有明显优势，但是，宽波段大气临边探测的主要难点在于宽波段大动态范围光谱辐亮度信号的探测。. 本项目开展了宽波段大气临边探测方案和宽波段临边成像光谱仪设计及相关关键技术研究。本项目提出了利用双光栅共光路分成两个通道实现宽波段、大动态范围临边成像光谱探测的新方法。开展了宽波段临边光谱辐亮度仿真计算研究，仿真获得了不同观测条件下临边光谱辐亮度。开展了大气临边反演算法研究，重点研究了中间层和平流层臭氧反演算法，4个个例的反演结果表明，反演得到的廓线与真实值比较一致。. 本项目开展了宽波段双光栅共光路像差同时校正方法研究，优选光学系统的结构型式，完成了双光栅共光路临边成像光谱仪光学系统设计，点列图直径的均方根值小于30µm，在宽波段内同时获得了良好的成像质量。对系统的信噪比进行了分析和估算，结果满足应用要求。根据光栅使用条件，完成了宽波段平面闪耀光栅设计和刻划，完成了宽带滤光片膜系和反射膜层的设计和制备，改造了测试设备，搭建了真空环境下薄膜性能测试系统。采用模块化设计方案，完成了临边成像光谱仪原理样机机械结构设计，完成了光、机元件的加工和装调，完成了电子学系统改进和软件编制，集成了临边成像光谱仪原理样机。. 完成了原理样机的性能测试，测试结果满足应用要求。完成了光谱和辐射定标，并进行了外场试验，外场实测光谱辐射值与模式模拟辐射值基本一致，表明临边成像光谱仪原理样机功能和性能良好，可以满足宽波段大气临边成像光谱探测的需求。本项目取得的研究成果和经验为将来工程样机的研制和最终实现宽波段临边成像光谱技术在我国空间大气遥感领域的应用奠定了技术基础。