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大气风场的光学探测方法可分为主动探测和被动探测,被动探测法更适用于中高层大气风场信息探测。被动探测法主要指干涉法大气风场探测技术,风场探测干涉仪通过望远系统接收大气中自然存在的气辉和极光谱线,根据光多普勒效应与干涉图像的关系反演得到风场信息。干涉法大气风场探测技术具有较高的灵敏度、无需发射装置便于携带,更适合星载探测,是当前研究的热点之一。 论文简要分析比较了三种风场探测干涉仪技术,F-P干涉仪,迈克尔逊干涉仪及空间外差光谱仪的发展概况、探测原理和数据反演方法,特别对迈克尔逊测风干涉仪的四强度探测法测量大气风速和温度的探测原理、目标谱线选择特性以及实现方法等的优缺点进行详实分析,研究了偏振阵列法和偏振型迈克尔逊干涉仪风场探测技术。 论文对偏振阵列的偏振型迈克尔逊干涉仪系统展开研究,设计了基于偏振阵列的偏振型迈克尔逊干涉仪大气风场探测系统结构,对干涉仪的工作原理以及数据反演方法进行详细分析,计算并利用Zemax软件仿真验证满足视场展宽条件的玻璃组合的相关参数。完成了偏振迈克尔逊干涉仪中的偏振器件选型以及四面角锥棱镜分光系统的理论设计,得到满足本系统的器件参数,并对分光系统进行仿真。根据计算得到的宽场玻璃组合、偏振器件以及四面角锥棱镜参数,在TracePro软件中完成基于偏振阵列的偏振型迈克尔逊干涉仪系统结构的仿真,验证偏振迈克尔逊干涉仪的高光能利用率的优点。通过风场数据反演算法研究,获得风速仿真误差小于0.21m/s,理论分析表明该探测风速理论具有一定的可行性和可靠性,最后针对干涉仪中几种偏振器件的精度进行了分析计算,获得在风速探测精度1m/s及温度探测精度5K时的器件设计和装配的精度要求。