本书聚焦地球上空80-300km的高层大气风场的被动探测模式，凝练了国内外被动遥感探测高层大气中所涉及的相关科技前沿问题，针对具有光学成像、干涉、光电效应、探测器、大气发光和传输、仪器正演和数据反演等方面展开深入浅出地描述。全书的上篇“卫星遥感被动探测高层大气风场”共6章，阐述了星载仪器探测高层大气风速、温度的探测原理和探测方法，对仪器的正演和数据的反演、定标、坐标变换等内容进行了较为详细地描述。介绍了WINDII(WindImagingInterferometer)、HRDI(HighResolutionDopplerImager)、WAMI(WavesMichelsonInterferometer)、DASH(DopplerAsymmetricSpatialHeterodyneSpectroscopy)等仪器探测地球上空80-300km的大气风速和温度等物理量的原理和方法。本书的下篇“地基遥感被动探测高层大气风场”共6章，聚焦高层大气风场探测中的探测器和干涉仪两个最重要问题，围绕课题组研制的9款样机展开。介绍了基于透射式液晶的“强光局部选通”照相机和摄像机、基于磁镜的“痕量电子约束器”、GBAII(Groundbasedairglowimaginginterferometer)、GBAII-LCoS、GBAII-DASH、GBAVTII(Groundbasedairglow&VERimaginginterferometer)”等对西安上空90-100km的大气风速、温度、粒子柱浓度、体发射率、重力波等参数成功探测。下篇各章内容实践着上篇的相关理论，相互呼应，并与卫星数据相互比较验证。

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1984/9–1988/6，陕西师范大学，物理学本科 1988/9–1991/6，陕西师范大学，物理教育硕士 2002/09–2006/12，西安交通大学，凝聚态物理 理学博士1991/07-1994/07，西安理工大学，理学院应用物理系，助教 1994/05-2000/11, 西安理工大学，理学院应用物理系，讲师 2000/11-2007/11, 西安理工大学，理学院应用物理系，副教授 2007/11-至今，西安理工大学，理学院应用物理系，教授

目录
序
前言
上篇 卫星遥感被动探测高层大气风场
第1章 被动遥感探测高层大气风场的进展 3
1.1 被动遥感探测高层大气的仪器选介 5
1.2 成像干涉技术 9
参考文献 11
第2章 广角迈克尔孙干涉仪探测高层大气风场 14
2.1 WINDII“四强度测风法”探测高层大气风速和温度 14
2.2 WINDII的主要技术特征 17
2.2.1 WINDII概况 17
2.2.2 WINDII的成像光学系统 19
2.2.3 WINDII的广角MI 19
2.2.4 WINDII两视场的延时观测 20
2.2.5 WINDII的光学滤光 21
2.2.6 WINDII的灵敏度 22
2.3 WINDII的定标 23
2.4 遥感探测大气风场的探测器 25
2.5 WAMI的镀膜静态测风模式 26
2.6 PAMI的改变偏振态测风模式 28
2.7 DASH的测风模式 30
参考文献 32
第3章 HRDI和TIDI探测高层大气风场 34
3.1 FPI干涉仪探测高层大气风场的基本原理 34
3.2 HRDI探测高层大气风场模式 36
3.2.1 HRDI概述 36
3.2.2 HRDI光学系统 37
3.2.3 HDRI的3个FPI标准具组合测风 37
3.2.4 HRDI的像平面探测器 41
3.2.5 WINDII与HRDI探测大气风场的比较 42
3.3 TIDI探测高层大气风场模式 43
3.3.1 TIDI概述 43
3.3.2 TIDI的仪器特点 44
3.3.3 TIDI的观测 45
参考文献 47
第4章 高层大气波动特征 49
4.1 MLT区域的重要性 49
4.2 大气波动 49
4.3 大气行星波 50
4.4 大气潮汐 52
4.4.1 大气潮汐的主要特征 52
4.4.2 大气的太阳迁移潮和非迁移潮 53
4.5 大气重力波 54
4.6 臭氧层空洞及平流层的爆发性增温 56
4.6.1 臭氧层破坏的主要原因 56
4.6.2 平流层的爆发性增温事件 57
参考文献 58
第5章 地球高层大气的气辉辐射 61
5.1 大气气辉辐射的基本特征 61
5.1.1 气辉与极光 61
5.1.2 地球气辉辐射特征 62
5.2 气辉的光化学反应 63
5.2.1 O(1S)557.7nm和O(1D)630.0nm气辉 63
5.2.2 O(1S)557.7nm气辉的体发射率 64
5.2.3 O2(0-1)867.7nm气辉的体发射率 65
5.2.4 *第一负带427.8nm、470.9nm和N2第一正带670nm气辉 66
5.2.5 OH(8-3)带732.0nm/734.0nm气辉 68
5.2.6 O+(2P)732.0nm/733.0nm和O2762.0nm 气辉 68
参考文献 71
第6章 仪器的正演模型 72
6.1 正演模型的基本概念 72
6.2 WINDII的正演 73
6.2.1 迈克尔孙方程的一般形式 73
6.2.2 WINDII的迈克尔孙方程 75
6.3 正演模型的误差 77
参考文献 78
第7章 WINDII的洋葱剥皮反演算法 79
7.1 大气信号(表观量)的反演 79
7.2 体发射率、谱线调制度和多普勒相位的反演 80
7.2.1 在一定约束条件下χ 2 函数的极小化 81
7.2.2 洋葱剥皮反演算法 83
7.3 多普勒温度和风场的反演 84
参考文献 87
下篇 地基遥感被动探测高层大气风场
第8章 强光局部选通成像仪和微光增强成像探测器 91
8.1 基于透射式液晶的强光局部选通成像探测器 91
8.1.1 气辉亮度与照度的关系 91
8.1.2 强光局部选通成像器 93
8.2 基于透射式液晶的眼控防眩光成像仪 99
8.3 基于透射式液晶的强光局部选通智能网络摄像机 101
8.4 基于透射式液晶和像增强器选通模拟探测气辉和极光 102
8.5 基于磁镜的痕量电子约束器 103
8.5.1 磁镜约束电子的基本原理 103
8.5.2 基于磁镜阵列的像增强器 104
8.5.3 基于磁镜阵列的痕量电子约束器 110
参考文献 111
第9章 GBAII探测地球高层大气风场 113
9.1 GBAII的光学结构 113
9.1.1 GBAII的光学结构 113
9.1.2 GBAII使用大空气隙广角MI 115
9.2 GBAII的测温测风原理 122
9.2.1 转动谱线测温法 122
9.2.2 四强度测风法 123
9.3 GBAII的光通量研究 123
9.3.1 GBAII & GBAVTII的光学结构及特点 124
9.3.2 GBAII & GBAVTII的光通量 126
9.3.3 两台地基仪器的光通量比较 129
9.4 GBAII的调制传递函数 133
9.4.1 计算MTF 133
9.4.2 实验及结果 134
9.5 GBAII的正演和反演 136
9.5.1 GBAII的正演模型 136
9.5.2 GBAII的正演模型方程 140
9.5.3 GBAII的大气风温反演 142
9.6 GBAII的定标 146
9.6.1 GBAII关键参数的实验室定标 146
9.6.2 滤光片的参数定标 147
9.6.3 CCD上干涉条纹中心的定标 147
9.6.4 CCD暗噪声的定标 148
9.6.5 CCD平场的定标 148
9.6.6 光学系统衰减系数的平场定标 149
9.6.7 相位步进步长的定标 151
9.6.8 光程差随入射角变化量的定标 152
9.6.9 响应度的定标 152
9.7 GBAII的观测结果 153
9.7.1 观测模式 153
9.7.2 GBAII观测高层大气风速和温度 154
9.7.3 GBAII观测高层O2(0-1)大气柱浓度 157
9.8 GBAII探测高层大气风场的精度 159
9.8.1 影响GBAII测风精度的因素 159
9.8.2 GBAII各器件对测风精度的影响 162
9.8.3 温控系统对测风精度的影响 165
9.8.4 更新GBAII部分元件后的室外实验结果 167
参考文献 170
第10章 GBAII-LCoS静态测风的理论与实验 173
10.1 LCoS 的纯相位调制规律 173
10.1.1 LCoS简介 173
10.1.2 LCoS的相位调制原理 174
10.1.3 LCoS的空间调制模式和时间调制模式 175
10.1.4 LCoS反射率的调制目标 175
10.2 广角MI-LCoS 177
10.2.1 广角MI-LCoS 的光程差 177
10.2.2 广角MI-LCoS的测试实验 178
10.2.3 GBAII-LCoS光学系统 181
10.3 GBAII-LCoS的全波段线性相位调制 182
10.3.1 寻找LCoS的线性相位区间 182
10.3.2 LCoS线性区间的相位步进调制实验 184
10.3.3 GBAII-LCoS全波段2*相位的线性调制 188
10.4 GBAII-LCoS的静态“四强度测风法”测风 190
10.5 Doppler频移器模拟室内测风 192
参考文献 195
第11章 GBAII-DASH探测高层大气风场 197
11.1 闪耀光栅的物理特征 197
11.2 DASH测风的三种方法比较 200
11.2.1 DASH测风关键是提取干涉条纹位相差 200
11.2.2 傅里叶级数法测风 203
11.2.3 傅里叶变换法测风 203
11.2.4 “四强度测风法”测风 204
11.3 GBAII-DASH的正演模拟 207
11.3.1 正演方程 207
11.3.2 傅里叶级数法测风的正演结果 208
11.3.3 傅里叶变换法测风的正演结果 209
11.3.4 “四强度测风法”测风的正演结果 210
11.3.5 三种测风方法正演误差 211
11.4 GBAII-DASH光程差对测风精度的影响 213
11.4.1 小角入射光程差对测风精度的影响 213
11.4.2 光栅摆放偏差光程差对测风精度的影响 215
11.4.3 气辉波长偏差光程差对测风精度的影响 215
11.5 GBAII-DASH的反演、仿真及实验 216
11.5.1 GBAII-DASH的反演研究 216
11.5.2 室外实验测风结果 217
11.6 星载TIDI/地基GBAII-DASH探测西安上空高层大气风场比较 218
参考文献 219
第12章 GBAII & GBAVTII探测高层大气温度粒子柱浓度、
IER 和重力波等参量 221
12.1 GBAVTII探测高层大气温度 221
12.1.1 GBAVTII的光路设计 221
12.1.2 GBAVTII探测的气辉谱线 222
12.1.3 双原子分子气辉“转动谱线测温法”的原理 222
12.1.4 GBAVTII的正演 223
12.1.5 GBAVTII的数据反演 226
12.2 GBAII & GBAVTII探测高层大气气辉的IER 239
12.2.1 离散的气辉体发射率 239
12.2.2 IER表达式 242
12.2.3 GBAII & GBAVTII观测气辉的IER 243
12.3 GBAVTII探测高层大气柱浓度及其扰动特征 245
12.3.1 GBAVTII探测O2(0-1)夜气辉的柱浓度 245
12.3.2 O2(0-1)夜气辉浓度扰动引起的波动特征 247
参考文献 250
第13章 展望 252
后记 254
彩图