基于光谱扫描成像的太阳大气视向速度场测量技术研究

论文摘要

空间天气对人类生产生活的影响日趋明显,而太阳活动是空间天气的源头,通过对太阳活动的监测实现空间天气的预报具有重大意义。太阳大气视向速度场表征了太阳大气的视向运动情况,是太阳活动监测中的重要内容。由于成像视场大、测量时间分辨率高等优势,基于光谱扫描成像原理的太阳大气视向速度场测量方法得到了广泛的应用。其中,具有大视场、高稳定性、技术成熟等优点的Lyot滤光器成为了最主要的光谱扫描成像设备。本文围绕以Lyot滤光器为核心的光谱扫描成像系统,对太阳大气视向速度场的测量技术展开了以下研究:首先,对Lyot滤光器的光谱扫描成像的实现原理和与太阳大气视向速度场测量相关的系统误差进行了研究和分析。研究结果表明:Lyot滤光器系统的测量误差主要来自滤光器设计误差、光路设计误差以及各类误差引起的视场效应,可以通过各种手段降低误差并通过在线标定的方式进行实测及校正。提出了一种Lyot滤光器在线标定的新方法:该方法使用单色光成像通道和滤光器扫描成像通道联合观测的新方式,通过对标定实验过程中太阳光强的实时修正,减小时变太阳光强对标定结果的影响。实验结果表明:Lyot滤光器扫描成像系统的扫描轮廓与理论轮廓符合,轮廓中心偏移量小于0.005nm,对应多普勒速度误差小于2km/s。其次,对现有两种基于光谱扫描成像观测数据的太阳速度场反演算法进行了研究,分析了光谱扫描波长点数和光谱扫描波长间隔对算法性能的影响。分析结果表明:傅里叶相位反演算法和质心反演算法的有效动态范围受限于光谱扫描波长点数和光谱扫描波长间隔。为此,提出了一种新的相关方法,仿真分析结果表明:新的相关方法关算法的计算误差在有效动态范围内远小于傅里叶相位法和质心法,计算误差可以控制在真实速度的2%以内,有着更高的计算精度。最后,对一次典型小耀斑的发生过程进行了观测与详细分析,并利用小耀斑爆发时的六个扫描波长位置的观测数据,使用本文提出的相关算法进行了视向速度的计算。结合太阳活动成像观测结果对此次爆发过程中的速度场演化过程进行了理论解释。对比质心法和HMI的速度场反演结果,初步验证了相关算法的有效性。本文对基于光谱扫描成像的太阳大气视向速度场测量技术进行了全面而深入的研究,为实现太阳大气视向速度场更准确的测量提供了新的解决办法和实现方案。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 空间天气事件
•   1.2 太阳活动预报中的太阳大气视向速度场测量
•   1.3 太阳大气视向速度场测量原理及需求
•   1.4 太阳大气视向速度场测量技术
•   1.5 基于光谱扫描成像的太阳大气视向速度场测量技术研究现状
•   1.6 本文主要内容
• 第2章 基于可调谐Lyot滤光器的太阳大气视向速度场测量
•   2.1 引言
•   2.2 滤光器原理
•   2.3 可调谐Lyot滤光器观测系统
•   2.4 Lyot滤光器系统测量误差
•   2.5 本章小结
• 第3章 一种Lyot滤光器在线标定方法及实验验证
•   3.1 引言
•   3.2 一种实时修正太阳光强变化的Lyot滤光器在线标定方法
•   3.3 基于七波段太阳大气层析成像系统的Lyot滤光器标定实验
•   3.4 实验结果
•     3.4.1 轮廓检测试验结果
•     3.4.2 中心标定实验结果
•   3.5 本章小结
• 第4章 太阳大气速度场测量算法
•   4.1 引言
•   4.2 傅里叶相位法
•   4.3 质心算法
•   4.4 太阳视向大气速度场测量算法分析
•     4.4.1 太阳光谱数据
•     4.4.2 模拟方法
•     4.4.3 模拟实验结果
•   4.5 相关算法及其性能分析
•     4.5.1 相关算法原理
•     4.5.2 太阳视向大气速度场测量相关算法分析
•   4.6 本章小结
• 第5章 太阳大气速度场相关算法在太阳活动观测中的初步验证..
•   5.1 引言
•   5.2 小耀斑活动概述
•   5.3 相关算法计算小耀斑对应区域速度场
•   5.4 相关算法计算速度场的结果验证
•   5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 工作总结
•   6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王佳

导师: 饶长辉

关键词: 光谱扫描成像,视向速度场,滤光器,速度场反演算法

来源: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

分类号: P182.2

总页数: 76

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