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太阳辐射计的衍射效应修正

刘国栋 方伟 宋宝奇 叶新 王凯

刘国栋, 方伟, 宋宝奇, 叶新, 王凯. 太阳辐射计的衍射效应修正[J]. 中国光学, 2018, 11(5): 851-859. doi: 10.3788/CO.20181105.0851
引用本文: 刘国栋, 方伟, 宋宝奇, 叶新, 王凯. 太阳辐射计的衍射效应修正[J]. 中国光学, 2018, 11(5): 851-859. doi: 10.3788/CO.20181105.0851
LIU Guo-dong, FANG Wei, SONG Bao-qi, YE Xin, WANG Kai. Diffraction effect correction of solar radiometer[J]. Chinese Optics, 2018, 11(5): 851-859. doi: 10.3788/CO.20181105.0851
Citation: LIU Guo-dong, FANG Wei, SONG Bao-qi, YE Xin, WANG Kai. Diffraction effect correction of solar radiometer[J]. Chinese Optics, 2018, 11(5): 851-859. doi: 10.3788/CO.20181105.0851

太阳辐射计的衍射效应修正

doi: 10.3788/CO.20181105.0851
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 41474161

国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目 2015AA123703

详细信息
    作者简介:

    刘国栋(1990-), 男, 河南商丘人, 硕士研究生, 主要从事太阳辐射计衍射效应方面的研究。E-mail:Liugd0512@163.com

    方伟(1965—),女,辽宁朝阳人,博士,研究员,博士生导师,主要从事空间辐射计量方面的研究。E-mail:fangw@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TH753

Diffraction effect correction of solar radiometer

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 41474161

National High Technology Research and Development Program of China 2015AA123703

More Information
  • 摘要: 太阳辐射测量是研究太阳活动与地球气候演变的重要方式之一,对人类社会的可持续发展具有重要意义。衍射效应作为测量过程中系统误差的主要来源之一,有必要进行精确的修正,从而提高测量数据的精度。首先,对衍射效应理论进行研究,从Kirchhoff衍射理论出发,在高斯光学近似下,逐步确定点与点,点与面,面与面之间的能量传输关系,推导出了衍射效应的一般公式;接着,根据衍射效应的渐近性质,得到了一种简化的计算方法;然后,用简化的方法计算太阳辐照绝对辐射计(SIAR)的衍射效应以及衍射修正因子,最后,根据衍射修正结果,计算相对于世界辐射基准(WRR)的定标系数。结果显示:SIAR的衍射效应以及衍射修正因子分别约为1.002 742和0.997 265。经过衍射修正后,SIAR对WRR的定标系数更接近于1,表明衍射修正降低了系统误差,提高了辐射测量的准确度。
  • 图  1  点光源衍射讨论中的参量

    Figure  1.  Parameters in the discussion of point source diffraction

    图  2  SAD结构

    Figure  2.  Structure of SAD

    图  3  SIAR剖面示意图

    Figure  3.  Profile of SIAR

    图  4  光阑的几何分布

    Figure  4.  Positions of the apertures

    表  1  几种太阳辐射计的衍射效应

    Table  1.   Diffraction effects in some radiometers

    Instrument Ra/mm dd/mm Rd/mm Correction
    PMO6V 4.25 95.4 2.5 1.001 280
    DIARAD 6.52 144 4.001 5 1.000 833
    ERBE 12.09 100.8 4.039 1.000 209
    ACRIM
    Baf1 6.654 8 150.469 6 3.987 8 1.000 828
    Baf2 6.311 9 76.352 4 3.987 8 1.000 466
    Total 1.001 295
    TIM 3.989 4 101.6 7.62 0.999 582
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    表  2  采用简化方法的衍射效应值

    Table  2.   Diffraction effects by using simplified method

    太阳辐射计 衍射效应
    F Cdiff=F-1 δ
    RMO6V 1.001 229 0.001 299 +0.000 010
    DIARAD 1.000 807 0.000 807 -0.000 026
    ERBE 1.000 204 0.000 204 -0.000 005
    ACRIM Baf1 1.000 793 0.000 793 -0.000 035
    Baf2 1.000 450 0.000 450 -0.000 016
    Baf3 1.001 242 0.00 1242 -0.000 053
    TIM 0.999 577 -0.000 423 -0.000 005
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    表  3  SIAR的SAD参数

    Table  3.   SAD parameters of the SIAR

    光阑 光阑半径R/mm 光阑与探测器距离dd/mm 探测器(主光阑)半径rd/mm
    Ap1 5.75 100 4.00
    Ap2 5.40 80 4.00
    Ap3 5.05 60 4.00
    Ap4 4.70 40 4.00
    Ap5 4.35 20 4.00
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    表  4  SIAR的衍射效应

    Table  4.   Diffraction effects in SIAR

    光阑 衍射效应F ε=F-1
    Ap1 1.000 785 0.000 785
    Ap2 1.000 692 0.000 692
    Ap3 1.000 577 0.000 577
    Ap4 1.000 435 0.000 435
    Ap5 1.000 252 0.000 252
    Total 1.002 742 0.002 742
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    表  5  衍射效应未修正的WRR Factor

    Table  5.   Diffraction effects uncorrected WRR Factor

    SIAR型号 定标系数WRR Factor |WRR Faotor-1|
    SIAR-2C 0.998 949 0.001 051
    SIAR-4A 0.998 445 0.001 555
    SIAR-4B 0.996 734 0.003 266
    SIAR-4D 0.995 917 0.004 083
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    表  6  衍射修正过的WRR Factor

    Table  6.   Diffraction effects corrected WRR Factor

    SIAR型号 定标系数WRR Factor |WRR Factor-1|
    SIAR-2C 1.001 688 0.001 688
    SIAR-4A 1.001 182 0.001 128
    SIAR-4B 0.999 467 0.000 533
    SIAR-4D 0.998 648 0.001 352
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-18
  • 修回日期:  2018-02-21
  • 刊出日期:  2018-10-01

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