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期刊信息/Journal information
光学学报
光学学报

曹健林

月刊

0253-2239

aos@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号（上海800-211信箱）

光学学报/Journal Acta Optica SinicaCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本学报是国内外公开发行的光学学术刊物，反映中国光学科技的新概念、新成果、新进展。内容主要包括量子光学、非线性光学、适应光学、纤维光学、激光与物质相互作用、激光器件、全息和信息处理、光学元件和材料等。为我国光学科技人员与国内外同行进行学术交流、开展学术讨论以跟踪学科前沿和发展我国光学事业服务。
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    基于后向散射增强效应的双望远镜大气湍流激光雷达

    李仕春王宇轩宋程宋跃辉...
    99-104页
    查看更多>>摘要：基于激光在湍流大气中传输的后向散射增强效应,提出探测大气湍流强度的双望远镜硬目标反射激光雷达.该激光雷达系统包含一个发射通道和两个接收通道,其中一个接收通道与发射通道重合,而另一个接收通道与发射通道平行且横向偏移15 cm.基于同轴与离轴接收通道回波信号的功率比,表征接收望远镜处硬目标反射信号的后向散射增强系数与大气湍流强度之间的关系.开展静稳天气且湍流强度均匀情况下的初步观测实验,实验数据表明:当利用光束中心与加热器距离变化模拟湍流强度变化时,随着两者间距离减小,湍流强度增强,激光雷达的后向散射增强系数也单调增加;而在相同观测条件下,随着积分路径增加,后向散射增强系数单调增加并表现出饱和趋势.同时分析夜间温度和风速变化与后向散射增强系数的相关性:夜间地面温度的逐步下降趋势与常规湍流强度下降趋势基本一致,表现出较好的相关性,Pearson相关系数R为0.95;而风速的随机性不同于常规湍流强度下降趋势,其相关性较差,Pearson相关系数R为0.67.双望远镜硬目标反射激光雷达可为大气湍流探测提供有效手段.

    大气光学激光雷达大气湍流后向散射增强效应相关性分析

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    高原与沙漠地区近地面湍流HAP模式研究

    胡志远邵士勇汤沛穆渊...
    105-113页
    查看更多>>摘要：本文旨在提高高原与沙漠地区激光大气传输湍流效应的评估精度.近地面是湍流变化最大且最剧烈的区域,对激光传输产生极大的影响.为了准确获取近地面湍流强度的高度分布,在高原与沙漠区域进行了地面两层高度(2m和5m)光学湍流的同步测量,以及无人机搭载温度脉动仪的空中测量.利用地面2m处折射率结构常数实测值和当地日出日落时间,验证了HAP模式的适用性.进一步重新拟合了HAP模式的指数及其日变化,并提供了适合高原与沙漠地区的拟合公式.与传统模式相比,重新拟合的HAP模式在高原与沙漠地区激光大气传输湍流效应的评估中具有更好的适用性,为相关研究提供了新的参考依据.通过本研究,能够深化对不同下垫面大气光学湍流的分布差异的理解,提升不同地区激光大气传输湍流效应的评估精度.

    大气光学湍流高原与沙漠地区激光大气传输近地面HAP模式

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    微振动对空间光学成像影响的定量分析

    王纪元周徐斌汪自军张智冠...
    114-124页
    查看更多>>摘要：随着遥感技术的迅速发展,光学成像系统的空间分辨率和光谱分辨率等指标不断提升,微振动对空间光学成像的影响不可忽视.对空间光学系统受微振动影响导致的性能退化进行定量研究,建立了基于调制传递函数(MTF)的定量分析模型,提出了振动影响边界(VIB)和光学结构影响边界(OSIB)假设,使用光线追踪法、空间采样法、快速傅里叶变换计算MTF.模型可应用于分析光学系统对扰振参数的敏感特性,为卫星总体光学系统和结构系统设计提供技术依据.仿真结果表明:1)VIB和OSIB具有极值性;2)光学表面沿某轴的平移振动较旋转振动对该轴方向MTF值的影响更大;3)光学系统主光学表面在仿真工况下的敏感振动频率位于74.8 Hz附近;4)两边界Nyquist频率处的MTF值大小与曝光时间有关.

    空间光学系统像质退化微振动光线追踪调制传递函数定量分析模型

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    天基光学监测空间碎片初始轨道确定

    郭玲玲汪少林代海山吴泽鹏...
    125-136页
    查看更多>>摘要：天基光学监测可以有效弥补地基设备监测空间碎片频次低的问题.为了提升天基光学监测下初始轨道确定的收敛性与计算效率,构建一种扩展目标函数模型,提出在距离-距离差解空间内利用Adam优化算法进行最优求解的初始轨道确定算法.分别对不同轨道类型的目标适应性、初值适应性、算法时效、收敛性与精度进行测试,结果表明:所提方法对地球同步轨道(GEO)、中地球轨道(MEO)、低地球轨道(LEO)空间碎片均能适用,在恶劣初值设置下也能够收敛至合理位置,但迭代次数增加.所提方法在初值设置下算法时效较高,所有测试弧段均收敛,对于GEO空间碎片,初始轨道确定的2.5～3.5 min中间观测时刻位置均方根误差在十千米量级,轨道半长轴均方根误差在百千米量级.

    天基光学监测初始轨道确定空间碎片

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    基于阵列法布里-珀罗干涉仪温室气体探测系统灵敏度分析

    余苗傅頔张强王素凤...
    137-147页
    查看更多>>摘要：阵列法布里-珀罗(F-P)干涉仪结构紧凑、无运动部件,能兼顾光程差采样密度与范围,能够应用于实现高精度、低成本温室气体探测的有效技术方案.F-P干涉仪设计参数是影响温室气体探测能力的核心要素,因此构建以积分灵敏度为导向的干涉仪参数优化设计方法是开展面向温室气体探测的阵列F-P干涉技术研究的必要基础.基于阵列F-P干涉仪温室气体探测原理,建立阵列F-P原始干涉数据仿真模型,分析F-P间隔厚度、干涉腔反射率、F-P数目以及相邻F-P光程差采样间隔对系统探测灵敏度的影响.结果表明,二氧化碳探测系统和甲烷探测系统的干涉腔反射率分别为0.42和0.47时,系统归一化灵敏度取得极大值;系统积分灵敏度与F-P数目正相关;相邻F-P光程差采样间隔取1/4波长时,既能保证较高的积分灵敏度又能实现较宽的光程差采样范围.

    温室气体二氧化碳甲烷法布里-珀罗干涉仪探测灵敏度

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    双光栅色散复用光谱可调恒星光谱模拟系统设计方法

    徐达孙高飞张杰瑞陈思文...
    148-157页
    查看更多>>摘要：针对星敏感器地面标定试验中模拟恒星光谱与观测恒星光谱不匹配,影响星敏感器地面光信号标定精度的问题,本文提出了一种结构简单的光谱可调恒星光谱模拟系统设计方法,该系统采用超连续激光作为照明光源,数字微镜作为光谱调制器件,以通过双光栅色散复用为基础,实现光谱的分光和准直成像,相比传统的基于空间光调制器件的恒星光谱模拟系统,本文设计的系统结构简单、易于装调,并且没有传统系统中普遍存在的谱线彗差、谱线弯曲等像差,降低了光谱精确模拟对高冗余光谱模拟算法的依赖.最后搭建了实验平台,对系统性能进行测试,在2600 K色温的光谱模拟精度为-4.9％,7000 K色温的光谱模拟精度优于-4.7％,11000 K色温的光谱模拟精度优于-4.2％,达到了预期性能,并与理论分析结果相一致.此外,提出的光谱模拟系统还可以满足空间相机的遥感辐射校准,以及高光谱图像投影仪和分子成像的光谱模拟要求,是一种具有广泛应用前景的光源.

    光学设计辐射定标光谱模拟空间光调制

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    基于类Offner分光成像组件的水色成像光谱仪设计

    宋玲玲陈新华潘俏沈为民...
    158-164页
    查看更多>>摘要：为了观察海洋海岸带的环境变化,区分海洋中各种有机物和无机物,设计一款用于海洋水色探测的宽幅、高分辨率成像光谱仪光学系统.该成像光谱仪工作波段为0.4～0.9 μm,由前置物镜和放大倍率为0.6的类Offner分光成像组件组成.首先分析水色成像光谱仪的指标要求,然后推导类Offner分光成像组件的初始结构参数,接着完成前置物镜和分光成像组件的设计.前置物镜采用离轴三反结构,F数为5,焦距为590.75 mm;分光成像组件像方F数为3,主镜和三镜采用Zernike自由曲面,光栅为凸球面光栅.由设计结果可知,各视场处的点列图均方根半径小于3.74 μm,奈奎斯特频率处的调制传递函数大于0.8,成像质量好.该工作可为宽幅、高分辨率水色探测成像光谱仪的设计和研制提供技术基础.

    光学设计Offner分光成像组件Zernike自由曲面水色探测

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    稳定场大气层顶反射率模型光谱拓展方法及不确定性分析

    鲁鑫赵永光马灵玲王宁...
    165-176页
    查看更多>>摘要：基于稳定场的辐射定标利用大气层顶(TOA)反射率模型,直接计算入瞳辐亮度而无需地面同步测量,能够实现光学遥感载荷的高频次辐射定标.针对当前国内陆表稳定场的通道式TOA反射率模型在光谱分辨率上的局限性,提出一种针对稳定场TOA通道式反射率模型的光谱拓展方法,引入GF5B/AHSI卫星高光谱数据提取参考光谱,与稳定场TOA通道式反射率联合求解光谱缩放因子,实现TOA通道式反射率模型在光谱维度上的拓展,所构建的稳定场TOA反射率光谱模型适用于光谱响应各异的不同卫星光学载荷的绝对辐射定标.进一步利用Sentinel2/MSI和Landsat8/OLI卫星数据对稳定场TOA反射率光谱模型进行验证,并基于GF6/WFV卫星的定标过程给出绝对辐射定标结果的不确定度分析.结果表明:模型预测值和Sentinel2/MSI、Landsat8/OLI观测值的平均相对误差在±5％以内,GF6/WFV的8个波段定标不确定度小于5.4％,充分证明所构建光谱拓展模型的有效性.

    辐射定标稳定场模型大气层顶反射率光谱拓展不确定性分析

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    基于双波长强度调制的法布里-珀罗滤光器中心波长定标

    朱瑾马琳金振宇穆恒宇...
    177-184页
    查看更多>>摘要：法布里-珀罗(F-P)滤光器是太阳二维成像光谱观测系统的重要组成部分,为了实现高精度太阳二维成像光谱观测,要求F-P滤光器必须具有准确的中心波长.由于滤光器只能提供控制器数值,无法直接获取波长信息,提出一种基于双波长强度调制的定标方法,利用F-P滤光器强度调制的周期性和双波长强度调制的差异性,建立控制器数值和滤光器腔长及波长的对应关系,实现波长精确定标.在实验室开展F-P滤光器定标测试,测试结果表明,对于Hα谱线,滤光器的波长定标精度达到0.0093 Å,满足1m新真空太阳望远镜(NVST)下一代二维成像光谱观测系统的指标要求.

    Fabry-Perot滤光器定标腔长中心波长双波长强度调制

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    一种光学与合成孔径雷达影像融合去云方法

    龚循强方启锐侯昭阳张智华...
    185-196页
    查看更多>>摘要：提出一种光学与合成孔径雷达(SAR)影像融合去云的方法.首先,在云检测部分利用分形网络演化方法(FNEA)对云区进行提取,将含云影像分为有云区域和无云区域,并对无云区域和有云区域分别设置相应的融合规则.然后,用非下采样剪切波变换(NSST)对影像进行分解,在低频部分加入基于窗口中心距离赋权的区域能量(DWRE),使影像的纹理细节在最终融合影像中得到保留;在高频部分,无云区域基于双通道单位连接脉冲耦合神经网络(DCULPCNN),有云区域利用滚动引导滤波(RGF),提高SAR影像与光学影像之间的线性关联性.最后,经过NSST逆变换得到融合去云影像.实验结果表明,所提方法与其余9种方法相比,在信息熵(EN)、平均梯度(AG)、空间频率(SF)、结构相似性(SSIM)、峰值信噪比(PSNR)和均方根误差(RMSE)6个评价指标中总体表现为最优,相比次优指标分别提升了0.054、0.450、0.910、0.029、0.215、0.290,可以更好地保留地物纹理及细节信息,在有效去除云污染的同时提高了影像质量.

    遥感影像去云基于窗口中心距离赋权的区域能量滚动引导滤波双通道单位连接脉冲耦合神经网络

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