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傅里叶光谱仪是一种高分辨率的光谱测量仪,是全世界大气探测领域的重点研究方向。傅里叶光谱仪测量目标的干涉信息,经傅里叶变换复原出光谱信息用于大气反演,反演信息准确度很大程度上取决于傅里叶光谱仪获取的干涉图质量和复原光谱精度。有必要对傅里叶光谱仪信息获取技术及信噪比深入研究,提出优化方案,提高干涉图信噪比、光谱信噪比和光谱稳定性。 论文首先介绍了傅立叶光谱仪的发展和应用概况、典型干涉式大气垂直探测仪探测流程,总结了国内外主流傅立叶光谱仪信息获取技术及目前优化信噪比的措施。归纳了系统各个噪声源特征,针对仪器特点,对影响傅里叶光谱仪获取信息信噪比的变量进行理论分析及公式推导,得出干涉图采样率及探测器积分时间与傅里叶光谱仪信噪比的定量关系。根据结论提出信噪比优化方案和评估方法。 使用离散傅里叶变换的方式,针对干涉图特性对其进行了建模分析,计算速度快,避免了复杂的干涉积分公式带来的计算困难。分析了干涉图特征,定量给出干涉强度相对最小值和直流量之间的近似线性关系。首次提出了从干涉图特性角度分析大气垂直探测仪系统背景噪声的方案,方法简便,不同黑体温度下干涉图计算最大值和实测最大值之间的百分误差低于2.01%。 介绍了傅里叶光谱仪中波信息获取系统设计方案,详细说明了中波焦平面探测器驱动电路的设计与功能实现,包含电源及探测器偏压模块、探测器驱动脉冲模块、输出信号稳压及采集卡时序控制模块,完成高精度信息获取及数据处理技术实现。通过了中波信息获取系统噪声测试,满足设计要求,驱动电路与采集模块总噪声Vnoise为0.27mV,探测器偏压Vref和Vb噪声均小于0.10mV,由中心像元测得中波信息获取系统噪声为1.80mV左右,分析了噪声成分及频谱特性。 最后根据提出的光谱仪信噪比优化方案:(1)提高干涉图采样率,并结合干涉图相邻采样点幅值平均处理压缩数据量;(2)提高红外焦平面探测器的积分时间及采用多帧累加技术,分别对实验所得干涉图和光谱图进行相应数据处理:等光程差抽取干涉图一半的点数,模拟降低一倍采样率、干涉图相邻采样点幅值平均处理、对干涉图和光谱图分别进行多帧累加操作等。分析计算相应处理操作对傅里叶光谱仪信噪比、波数稳定度及光谱噪声等效辐亮度的影响程度,验证了相关信噪比优化方法。做到不增加数据量的同时,提高傅里叶光谱仪信噪比。