【摘 要】
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随着全球气候变暖、雾霾加重、臭氧层变化等现象与人类活动密切相关,探测中高层大气风场(风速、温度、体发射率等)已是当今国内外的前沿和热门研究课题。虽对极稀薄中高层大
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随着全球气候变暖、雾霾加重、臭氧层变化等现象与人类活动密切相关,探测中高层大气风场(风速、温度、体发射率等)已是当今国内外的前沿和热门研究课题。虽对极稀薄中高层大气的测量十分困难,但其研究结果可为大气物理、天气预报、太阳风的能量研究、气辉粒子、地球引力波等物理规律提供理论和实验支持。2012年唐远河教授课题组成功研制了一台地基气辉成像干涉仪GBAⅡ(Ground based airglow imaging interferometer)样机,糅合了国外两台单独测风和测温仪器的原理,解决了一台仪器对大气风速和温度的同步探测问题。该样机成功探测了西安城区上空90～100km的大气风速和温度,与国际上的温度MSISE90模型和风速HWM93模型相比,得到相同变化趋势和结果,但是大气风速的误差较大。为提高GBAⅡ探测大气风速的精度,本文研制了一套GBAⅡ专用的恒温控制装置,将GBAⅡ关键的光学器件广角Michelson成像干涉仪置于20℃恒定温度中,温度控制精度达0.1℃,解决了 GBAⅡ探测系统中大光程差光学系统易受工作环境温度变化的问题。由于前期GBAⅡ图像数据处理在PC机上处理,处理过程复杂、用时较长且不便移动。本文提出了基于FPGA的Nios Ⅱ嵌入式图像处理系统,过程简单、重量轻便于移动并且利用Nios Ⅱ处理器的高效性能,只需3分钟即可完成GBAⅡ图像处理和数据分析,极大提高了 GBAⅡ处理数据速度。GBAⅡ在高精度的恒温装置中进行实地观测,能为更好地获取94km处O2(0-1)气辉的干涉图像,并通过FPGA开发板进行实时图像处理和数据分析,不仅加快了数据处理和结果分析的速度,而且提高了 GBAⅡ探测精度。
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