被动式遥感FTIR技术的应用与发展

论文摘要

遥感傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术，能够远距离对多种污染物同时测定，克服了点采样技术的不足，且检测灵敏，信噪比高，是近些年来发展非常迅速的一种探测技术。本文从遥感FTIR技术的应用和数据处理方面出发，进行了以下研究： 1．被动式遥感FTIR测量时的仪器响应函数校正 遥感FTIR优于其他遥感测试技术的最重要一点，是它能够提供待测源的绝对光谱能量信息，而此种绝对信息的提供，需要对遥感FTIR光谱仪进行仪器响应函数校正。本文通过对红外遥感系统仪器响应函数校正理论的分析，提出了仪器响应函数不仅与频率有关，与校正时所用黑体温度有关，同时还和实际测试时仪器接收到的信号大小息息相关的观点。对Bruker EQUINOX 55型遥感FTIR光谱仪的仪器响应函数进行了校正，得到的实验验证结果表明：在不同的测试条件下，仪器响应函数是不同的，当仪器接收信号偏小的情况下，仪器响应函数随着黑体温度的增加而增加；在仪器接收信号偏大的情况下，仪器响应函数随黑体温度的增加而降低。因此，在实际测量过程中，想要得到较为准确的校正结果，不仅要考虑到待测源的温度，还要密切注意待测源发射信号的大小。 2．光谱精细结构研究及其在遥感FTIR测试中的应用 通过对原子发射光谱精细结构的研究，引进谱线序数m，应用m代替角量子数J′和J″，使精细结构测温法更为方便和快捷。发展了被动式遥感FTIR中的快速扫描技术，以0.125秒的时间分辨率，记录了双基固体推进剂的燃烧全过程发射光谱，利用HCl分子的精细结构，给出了燃烧火焰温度随时间的分布，经过温度校正，给出了气态燃烧产物HCl和NO的浓度随时间的分布；利用H2O分子的精细结构，分别对添加了6nm CuO、56nm Fe2O3、16nm NiO、24nm CaCO3、30nm SiO2和50nm TiO2等纳米材料，以及相应普通材料的固体推进剂的燃烧火焰温度进行了比较，结果表明，上述六种纳米材料的添加，对于主要成分为硝化棉和硝化甘油的固体推进剂的燃烧火焰温度，无明显影响；对中科院长春应用化学所最新研制的某新式红外诱饵弹的红外辐射性能进行了研究，利用HF的精细结构，给出了其燃烧火焰温度，通过系统校正，给出了此红外诱饵弹的绝对光谱能量分布，并给出了它在3-5μm和8-14μm两大气窗口的辐射能力。上述研究为导弹尾气图谱辨识、固体推进剂设计及配方改进、火箭发动机设计、红外制导、反制导系统的设计，提供了理论和实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 遥感FTIR简介与分类
• 1.1.1 FTIR简介
• 1.1.2 遥感FTIR的分类
• 1.2 遥感FTIR的新近发展
• 1.2.1 污染源发射率的测量
• 1.2.2 高海拔大气污染物测量
• 1.2.3 有毒气体的自动识别
• 1.2.4 热耗气体的红外发射光谱测量
• 1.2.5 温度及燃烧产物测量
• 1.2.6 军事上的应用
• 1.3 遥感FTIR图谱分析方法
• 1.3.1 人工神经网络技术
• 1.3.2 偏最小二乘法模式识别技术
• 1.3.3 被动式FTIR的信号处理
• 1.4 本论文研究内容
• 2 遥感FTIR测量时的仪器响应函数校正
• 2.1 理论及分析
• 2.1.1 红外辐射的基本定律
• 2.1.2 仪器响应函数的导出与影响因素的分析
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验装置描述
• 2.2.2 实验步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 数据处理
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 结论
• 3 光谱精细结构研究及其在遥感FTIR测试中的应用
• 3.1 原理和发展
• 3.1.1 分子模型类型分析
• 3.1.2 精细结构相对强度测温原理及发展
• 3.1.3 气体产物浓度计算原理
• 3.1.4 遥感FTIR中的快速扫描技术
• 3.2 双基固体推进剂燃烧火焰性能的研究
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.2 分子精细结构的选择
• 3.2.3 数据处理和结果
• 3.2.4 小结
• 3.3 纳米材料的掺入对固体推进剂燃烧火焰温度的影响
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.2 分子精细结构的选择
• 3.3.3 数据处理及结果
• 3.3.4 小节
• 3.4 红外诱饵弹辐射性能的研究
• 3.4.1 实验部分
• 3.4.2 分子精细结构的选择
• 3.4.3 数据处理及结果
• 3.4.4 小结
• 3.5 结论
• 4 人工神经网络技术在主动式遥感FTIR定性鉴别中的应用
• 4.1 理论基础
• 4.1.1 误差反向传播网络（BP-ANN）简介
• 4.1.2 影响BP-ANN精度的因素
• 4.2 ANN用于EPA遥感数据的定性识别
• 4.2.1 两组分定性分析
• 4.2.2 四组分定性分析
• 4.2.3 八组分定性分析
• 4.2.4 小结
• 4.3 现场数据的定性预测
• 4.3.1 实验
• 4.3.2 数据处理
• 4.3.3 小结
• 4.4 结论
• 5 被动式遥感FTIR中的干涉图滤波与模式识别技术
• 5.1 理论基础-干涉图的形成与干涉图的性质
• 5.2 干涉图滤波技术
• 5.2.1 时域滤波技术
• 5.2.2 有限冲激响应数字滤波器
• 5.3 偏最小二乘模式识别技术
• 5.4 实验部分
• 5.5 数据处理与结果
• 5.6 干涉图片断对预测的影响
• 5.6.1 干涉图长度的影响
• 5.6.2 干涉图起始点的影响
• 5.7 被动式遥感FTIR的干涉图定量初探
• 5.8 结论
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 本人在攻读博士学位期间发表的学术论文