基于分段边缘拟合的测风多普勒差分干涉仪成像热漂移监测方法

• 作者: 张亚飞 冯玉涛 傅頔 畅晨光 李娟 白清兰 胡炳樑
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 大气风场测量 多普勒差分干涉仪 干涉成像 像面漂移
• 年，卷（期）: 2022,（8）
• 所属期刊栏目: 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学|ELECTROMAGNETISM, OPTICS, ACOUSTICS, HEAT TRANSFER, CLASSICAL MECHANICS, AND FLUID DYNAMICS
• 页码范围: 114-123
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.71.20212086

摘要

多普勒差分干涉仪是近年来发展起来的一种适用于中高层大气风场星载测量的干涉仪,它依靠对干涉图相位的精确反演计算气辉谱线的多普勒频移得到大气风速.环境温度的变化导致干涉仪光机组件发生热变形,造成成像面在干涉方向上的热漂移,改变相位的像元分布,直接引入相位误差从而影响风速反演.为了减小这种成像热漂移对多普勒差分干涉仪相位反演的影响,本文用分段拟合的方法检测光栅的标尺刻槽在干涉图中成像图案的边缘,定位刻槽图案的亚像元位置并依此监测成像热漂移.在近红外多普勒差分干涉仪样机的热稳定实验中,像面热漂移检测结果与环境温度在高频振荡变化趋势上表现出较高一致性,二者相关系数经去基线后可达0.86,而干涉图相位漂移经成像热漂移校正后其高频振荡也得到大幅抑制,证明了该算法的有效性.为了进一步验证该算法精度,计算了数据信噪比以及拟合所用各项数据分布特征参数误差对边缘检测的影响,结果表明,边缘检测精度主要受数据信噪比和条纹频率参数准确性的制约,当拟合用条纹频率参数误差小于0.5％而其他数据分布特征参数误差在1％以内,数据信噪比在约35倍以上时,本文算法可以实现高于0.05像元的检测精度.