Отзыв ведущей организации (Исследование точностных характеристик и методика калибровки бортовых инфракрасных фурье-спектрометров температурно-влажностного зондирования атмосферы земли)

и ;, Е,.-йКПКМ",:: ~ГЧ-~ДЯР,: та1НМ'„Эб 1хзйжьтМГ10 УЧИ"'жйгыц!. НАУКИ ИНСТИТУ'Х КОС'МИЧБ-'КИХ ИИ'ЛЕДОВЛНИИ ч ИХ "СИИСКОИ АКАДЕМИИ НАУК УТВф"уКДМб'' Дире .„-,,„, академи ,О з ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ федерально~о государственного бюджетного учреждения науки «Институт космических исследований Российской академии паук (ИКИ РАН)» на диссертацию КОЗЛОВА Дмитрии Александровича «Исследование точиостных характеристик и методика калибровки бортовых инфракрасных фурье-спектрометров температурно-влажностного зондировании атмосферы Земли», представленную на соискание учбной степени кандидата технических наук по специальности 05.11.07 — оптические и оптико-электронные приборы и комплексы.

Акт альность темы В икгле 2014 г. на орбиту вокрут Земли в составе космического аппарата «Метеор-М» №2 бьш выведен первый отечественный метеорологический фурье-спектромегр ИКФС-2. К этому времени на орбитах уже работали два европейских фурье-спектрометров 1АВ1 и американский Сг! Я. Бее этн приборы представляют собой сложные и дорогие оптико-электронные системы. имекнпие различные конструкции. ш|тические схемы и программы работы. Их объединяет чрезвычайно высокие требования к точности измерений. которая обеспечивается в равной степени качеством изготовления приборов и их калибровки.

На создателях отечественного ИКФС-2 лежа.ш особая ответственностгк наш прибор вступал последним в существующую группировку и его результаты пе должны были выпадать из ряда результатов уже раоотающнх на орбите приборов. Отсюда и актуальность темы — задача точной калибровки обязана быть решена к началу штатной работы ИКФС-2.

и она была успешно решена. мхэвк в,;.-,авчоэм н«~я и:, е-шаг Акйсо,п1окд, из ° с;,-,".. к е»,:,и;.,о1 „я Обзо ст ы аботы Диссертация объбмом 143 страницы содержит оглавление, введение, 4 главы, заключение, список литературы из 68 наименований, список условных обозначений н 83 рисунка. Д~г, Автор ставит две основные цели: во-первых., тщательное исследование всех факторов, влияющих на точность прибора, и способов их учета, и во-вторых, обеспечение требуемой точности калибровки лбтного экземпляра прибора ИКФС-2.

Для их достижения автор выделяет следующие основные задачи„решению которых посвящена диссертация: 1. Обоснование требований по точности, поиск и анализ источников погрешностей измерения (глава 1). 2, Разработка методики энергетической калибровки при нелинейном приемнике (глава 2). 3. Разработка методик спектральной привязки измеренных спектров при нестабильном опорном лазерном источнике н определения вида аппаратной функции в широком спектральном диапазоне (глава 3).

4. Практическая реализация вышеуказанных методик при наземных калибровках н при летных испытаниях 1глава 4). На защиту выносятся положения, являющиеся основными при решении вьппеперечисленных задач. Глава 1. Основываясь иа существующих требованиях к точности получения параметров атмосферы и анализируя процесс преобразования в спектр интерферограммы, выдаваемой фурье-спектрометром, автор обосновывает основные его метрологические параметры. Реализация всех требований в приборе ИКФС-2 не во власти автора, и он вьщеляет требования, обеспечение которых зависит от калибровки или влияет на результат калибровки. Обращает на себя внимание очень высокие требования к точности измерений.

Завершается глава 1 подробным описанием прибора ИКФС-2 и конкретизацией задач калибровки. Глава 2 посвящена радиометрической калибровке. Основные идеи автора, содержащиеся в этой главе, заключены в следующем: - доказательство преимушества преобразования ннтерферограммы в спектр сразу в комплексной области, не производя предварительно фазовой коррекции; - расчйт погрешности прн усреднении спектров опорного источника и спектров Земли; найдена зависимость погрешности от волнового числа излучения Земли и бортового модуля калибровки н даны рекомендации для выбора оптимальной температуры этого модуля; методика коррекции нелинейности фотоприемника путем нахождения квадратичного члена амплитудной характеристики приемного тракта и контраста интерферограммы по итерационной схеме при измерении излучения горячего и холодного эталонных чернотельных излучателей; - рекомендация проводить градуировку при различных температурах прибора, так как степень черноты бортового модуля калибровки не равна единице и зависит от волнового числа; - рекомендация обратить внимание, что при поворотах зеркала сканера отражйнное от него частично поляризованное излучение после отражения в светоделителе может менять свою интенсивность.

В этой главе приведены результаты автора по наземной радиометрической калибровке. Показано, что применение разработанных методик калибровки обеспечивает погрешность привязки к абсолютной энергетической шкале на уровне 0.3 К. В главе 3 рассмотрены н решены две проблемы. Первая - это корректировка искажений измеренного спектра, вызванных нестабильностью длины волны излучения лазера опорного канала.

Автор предложил способ коррекции шкалы волновых чисел при сравнении измеренного спектра с одним из набора заранее рассчитанных спектров излучения Земли. Сравнение производится с помощью оценочной функции (сумма квадратов разности между измеренным и рассчитанным спектром), минимум которой ищется при пошаговом сдвиге.

Этот метод обеспечивает очень высокую точность и может применяться при работе на борту. Второй вопрос, рассмотренный в этой главе„это определение вида аппаратной функции фурье-спектрометра во всйм спектральном интервале при наличии только двух инфракрасных лазеров (10,3 мкм и 5,4 мкм). Проанализированы почти все возможные причины отклонения аппаратной функции фурье-спектрометра от классического з)ппз сагйпа11з.

Была создана математическая модель. в которой при подборе параметров. влияющих на вид аппаратной функции, н при учйте реального распределения угловой чувствительности (кстати, очень неоднородной и не равномерной) минимнзировалась разница модельной аппаратной функции и измеренной при двух длинах волн, что дало возможность рассчитать аппаратную функцию для всего спектрального интервала. В главе 4 сопоставляются полученные спектры ИКФС-2 со спектрами приборов !А 3! и ЯЕУ18.1 для проверки на практике точности выполненной калибровки. Во-первых, описанный в предыдущей главе метод коррекции шкалы волновых чисел был конкретизирован при учЕте реальных результатов и условий измерений, доведен до чЕткого алгоритма и проверен в работе при сравнении со спектрами 1АЯ1.

Приведенные в работе результаты показывают очень хорошее совпадение шкал, Во-вторых. для поверки энергетической калибровки использовались яркостные температуры в б спектральных диапазонах, измеренные приборами ИКФС-2 и ЯЕУ1К1. Измерения производились примерно в одно и то же время одних и тех же участков поверхности.

Несмотря на то, что это приборы разного типа !ЗЕВ!К! — это радиометр с низким спектральным и высоким пространственным разрешением), автор составил программу, обеспечившую корректное сравнение результатов. Совпадение оказалось очень хорошим, примерно в 5 раз лучше допустимого. В-третьих, было проведено сравнение спектров, полученных ИКФС-2 и европейским фурье-спектрометром 1АЯ1.

Это неожиданно оказалось непростым делом, хотя трассы наблюдения с обоих аппаратов были близки друг к другу, почти совпадали. Для возможности сопоставления спектры !АЯ! пересчнтывались к параметрам спектральных данных ИКФС-2 с учетом некоторых различий приборов в спектральном разрешении, аподизации и шаге спектральной сетки. Автор сумел тщательно учесть эти нюансы и получил совпадение с разбросом яркостной температуры около (0.2...0.3) К. Завершается глава 4 и научная часть всей работы демонстрацией продукции, выдаваемой прибором, т.е.

того, для чего он и создавался. Приведены высотные профили температуры и влажности, а также общего содержания озона. Очень хорошие результаты сравнения с эталонными данными свидетельствуют, как скромно пишет автор, о «пригодности использования измерений прибора для решения задач метеорологического обеспечения». Основными н чиыми и п актическими ез льтатами являются следующие: 1. Разработана и проверена на практике методика коррекции нелинейности фотоприЕмного тракта фурье-спектрометра. 2.

Разработана методика привязки спектров с высокой точностью к шкале волновых чисел непосредственно по измеряемым спектрам. 3. Разработана методика определения аппаратной функции прибора во всем спектральном диапазоне. 4. Разработана методика и впервые в отечественной практике проведена наземная калибровка фурье-спектрометра для термическн-влажностного зондирования. 5.

Разработаны алгоритмы обработки исходной информации фурье-спектрометра (интерферограмм и телеметрии) в калиброванные спектры атмосферы и реализованы в программном комплексе первичной обработки, На чная зи чимость результатов, полученных автором, заключается в разработке и всестороннем исследовании нового подхода к калибровке бортового инфракрасного фурье-спектрометра, основанном на тщательном анализе процесса преобразования сигнала в фотоприемном тракте прибора и исследовании основных источников погрешности спектральных измерений. Подобный подход обеспечил высокую точность калибровки даже при нелинейных характеристиках и нестабильных параметрах прибора. Степень обоснованности па чных положений выво ов и екоме а ий. Обоснованность научных положений.