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    《中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)》 2019年
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    基于光譜掃描成像的太陽大氣視向速度場測量技術研究

    王佳  
    【摘要】:空間天氣對人類生產生活的影響日趨明顯,而太陽活動是空間天氣的源頭,通過對太陽活動的監測實現空間天氣的預報具有重大意義。太陽大氣視向速度場表征了太陽大氣的視向運動情況,是太陽活動監測中的重要內容。由于成像視場大、測量時間分辨率高等優勢,基于光譜掃描成像原理的太陽大氣視向速度場測量方法得到了廣泛的應用。其中,具有大視場、高穩定性、技術成熟等優點的Lyot濾光器成為了最主要的光譜掃描成像設備。本文圍繞以Lyot濾光器為核心的光譜掃描成像系統,對太陽大氣視向速度場的測量技術展開了以下研究:首先,對Lyot濾光器的光譜掃描成像的實現原理和與太陽大氣視向速度場測量相關的系統誤差進行了研究和分析。研究結果表明:Lyot濾光器系統的測量誤差主要來自濾光器設計誤差、光路設計誤差以及各類誤差引起的視場效應,可以通過各種手段降低誤差并通過在線標定的方式進行實測及校正。提出了一種Lyot濾光器在線標定的新方法:該方法使用單色光成像通道和濾光器掃描成像通道聯合觀測的新方式,通過對標定實驗過程中太陽光強的實時修正,減小時變太陽光強對標定結果的影響。實驗結果表明:Lyot濾光器掃描成像系統的掃描輪廓與理論輪廓符合,輪廓中心偏移量小于0.005nm,對應多普勒速度誤差小于2km/s。其次,對現有兩種基于光譜掃描成像觀測數據的太陽速度場反演算法進行了研究,分析了光譜掃描波長點數和光譜掃描波長間隔對算法性能的影響。分析結果表明:傅里葉相位反演算法和質心反演算法的有效動態范圍受限于光譜掃描波長點數和光譜掃描波長間隔。為此,提出了一種新的相關方法,仿真分析結果表明:新的相關方法關算法的計算誤差在有效動態范圍內遠小于傅里葉相位法和質心法,計算誤差可以控制在真實速度的2%以內,有著更高的計算精度。最后,對一次典型小耀斑的發生過程進行了觀測與詳細分析,并利用小耀斑爆發時的六個掃描波長位置的觀測數據,使用本文提出的相關算法進行了視向速度的計算。結合太陽活動成像觀測結果對此次爆發過程中的速度場演化過程進行了理論解釋。對比質心法和HMI的速度場反演結果,初步驗證了相關算法的有效性。本文對基于光譜掃描成像的太陽大氣視向速度場測量技術進行了全面而深入的研究,為實現太陽大氣視向速度場更準確的測量提供了新的解決辦法和實現方案。
    【學位授予單位】:中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)
    【學位級別】:碩士
    【學位授予年份】:2019
    【分類號】:P182.2

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