宽波段单色仪多级谱高精度波长定标

通常利用单色仪输出的单色光对空间遥感光谱仪进行波长定标。提出以空间遥感光谱仪的置信度为标准,来评价宽波段单色仪高精度波长定标精度的方法。通过对仪器精度的分析,分别求出单色仪的波长的重复性误差和偏差。应用高压汞灯的本征谱和光栅衍射多级谱作为定标谱线,避免更换灯源带来的误差。通过粗细定标相结合的方法,缩短扫描时间,并且运用高斯拟合对波峰进行精确定位,缩小误差。最后利用高次拟合得到的关系式,测出单色仪波长精度,计算出空间遥感光谱仪定标的置信度。以1.5 M单色仪为例,单色仪在200～840nm波段内波长精度±0.016nm,则空间遥感光谱仪的波长精度达到±0.050nm的置信度为99.82%。

大气痕量气体遥感探测仪发展现状和趋势

阐述了大气痕量气体探测技术的发展历程;详细介绍了几种国外先进的大气痕量气体遥感探测仪器的设计理念、工作原理和功能、工作模式、谱段设置和主要技术指标。讨论了我国遥感用星载大气痕量气体探测仪器的发展现状,给出了两种典型探测仪器的工作模式、谱段设置和主要性能指标。指出了未来星载大气痕量气体探测仪器的发展方向是提高遥感仪器的光谱分辨率、空间分辨率、灵敏度和定标精度以及发展主动遥感技术等,意在为我国今后这一领域的发展提供借鉴。

高精度光谱辐射计测量超低光谱透过率

设计并研制了一种基于光栅双单色仪的高精度全自动单光束光谱辐射计。该仪器主要由高稳定氙灯、带有快门的单光阑屏、石英透镜、中性减光片、紫外光栅双单色仪、光电探测器及电控系统组成,测量光谱范围为200～400 nm,可以实现10^-6～10^-8量级光谱透过率高精度测量,测量过程由自行编制的计算机软件进行自动控制,能实现全自动单光束测量。给出了该仪器的测量原理、测量方法及数据处理方法。利用该仪器测量了紫外滤光片样品的光谱透过率,分析了测量不确定度。实验结果表明,该仪器测量精度高、速度快、测量合成标准不确定度〈3.16×10^-3,完全满足测量精度要求,可应用于对精度要求高的紫外滤光片光谱透过率的测量。

高光谱与高分辨率CO_2探测仪安装座结构设计

随着环境大气污染程度的加剧,特别是CO2增加,各国对大气环境质量的监测越来越重视。相应的高光谱与高分辨率探测仪的应用也越来越得到关注。而星载探测仪必须满足空间环境的要求才能保证探测仪的成像质量。安装座作为探测仪的关键部件,它的设计合理与否对探测仪的精度具有很大的影响。因此根据探测仪使用要求及安装接口设计了三种安装座结构,对比其在力学振动和温升条件下的性能。从理论和实验得出,平动式安装座在力学振动环境下一阶频率达到82 Hz,准直镜组件相对光栅面偏转小于10″,成像镜组件相对光栅面偏转小于10″,都能满足设计技术要求。在4℃温升环境下,平动式安装座的结构对准直镜组件和成像镜组件产生的影响最小,都小于17″,能够保证探测仪的成像质量。通过分析和实验证明该结构合理可行,并为后期相关仪器的支撑设计提供了参考。

基于FISS成像光谱数据牛奶品种识别研究

利用自主研制的地面成像光谱辐射测量系统(fieldimaging spectrometer system,FISS)获取了14种典型牛奶样品的高光谱图像数据,并基于此做了牛奶品种识别研究。首先剔除2个异常样品,对剩余12种牛奶样品随机取样,共取1200个像元样本;为消除高频随机噪声和基线偏移,改善多重共线性,对所有样本做移动平均平滑和一阶微分预处理,再运用逐步回归法选择的特征波长建立牛奶多类判别分析模型。结果表明,对12种牛奶样本混合识别,总体判别精度高达95.5%,其中蒙牛、伊利和光明三种原味酸奶的总体正确识别率为88.3%;对这三种原味酸奶构成的样本子集单独识别,其总体正确识别率为88.7%。这说明FISS能够用于牛奶品种识别研究,还发现为实现有针对性的牛奶品种鉴别,同类型不同厂家生产的牛奶最好单独识别,这不仅能减少模型变量,提高模型运算效率和稳定性,也能提高判别的总体精度。

CO_2探测仪单通道光学系统设计验证方法

为验证CO2探测仪光学设计的合理性和可行性,采用单通道模拟样机,利用太阳光加漫反射板模式对大气光谱进行实验测试,并在实验室对单通道模拟样机进行光谱定标。利用光谱配准算法对两种方法得出的谱线位置进行匹配计算,结果表明:在吸收线深度稳定位置的配准峰值点偏差小于0.006 nm,满足算法的精度要求。此种方法不仅验证了匹配算法的有效性,也验证了光学系统设计的合理性和可行性,为以后的光谱仪设计提供了理论与实验数据。

温室气体遥感探测仪器发展现状

阐述了温室气体遥感探测技术的发展历程。详细介绍了几种国外先进的高光谱分辨率温室气体遥感探测仪器的设计理念、工作方式、谱段设置和主要技术指标。综述了温室气体探测技术从综合性探测仪器到专用温室气体探测仪器的发展过程,指出了温室气体探测仪器未来发展方向,包括高光谱分辨率、高空间分辨率,宽覆盖范围,短覆盖周期以及高信噪比等。

空间紫外光学遥感技术与发展趋势

空间紫外光学遥感技术是除可见、近红外、热红外和微波遥感以外的一个具有突出优势的遥感领域,全球气候变化研究是目前国际上空间紫外-真空紫外光学遥感的热点课题。本文对空间紫外光学遥感的作用、国内外研究现状及发展趋势进行了综述和分析。介绍了一组紫外光学遥感仪器的功能和特点,给出了它们的主要性能参数;指出我国目前的工作重点是推进星载紫外光谱遥感仪器的应用、积累空间探测数据、建立反演算法等;而未来发展目标将是研制集天底、临边和掩星成像探测于一体的新一代紫外成像探测仪器,高精度观测全天候的整层大气密度和臭氧的三维分布,实时监测大气组分及化学成分(如O2、N2、NO、OH和O3)的变化及变化趋势,以及进一步拓展我国紫外光学遥感仪器的应用领域。

海岸带地物反射光谱特性研究

一、前言自然界的物体由于其性质及表面状况的不同,它们对电磁波辐射的反射、吸收、透射能力是不同的。并且,同一物体对于不同波长的电磁波的响应特性也不相同。即,各种物体均有自己独特的波谱辐射特性。遥感就是根据电磁波辐射与物质相互作用的理论,应用先进的光学、电子技术来探测地球表层物质所辐射的电磁波信息。因此,地物波谱研究工作对遥感技术的应用与发展具有指导性的意义,也是遥感信息解译与应用的基本依据。地物光谱资料为遥感传感器的设计、改进、最佳波段的选择以及扩大遥感技术的应用范围提供基础数据。

地物反射光谱特征与彩红外遥感

红外线是介于可见光与微波之间的电磁波。它的波长范围是以0.75μm至1000μm,并可细分为:近红外波段(0.75μm至3μm)、中红外波段(3μm至20μm)和远红外波段(20μm至1000μm)。但是,这种分类方法,从遥感的角度来看,没有多大的意义。遥感上,通常是把包括太阳辐射在内的红外能量被地物反射后由红外遥感器所接收的波长范围(0.75μm至3μm),称之为反射红外;而把地物热辐射的红外能量,被红外遥感器所接收的波长范围(3μm至15μm),特称为热红外。

远紫外像增强器光谱响应特性研究

利用星载光学仪器对极光在远紫外波段进行形态探测是研究沉降粒子能量等空间环境参数的重要手段,而远紫外像增强器是进行空间极光远紫外形态探测仪器中所必不可少的光电成像器件,其性能的优劣将直接影响整个仪器的工作情况,其中光谱响应特性是像增强器的重要的特性之一。采用同步辐射真空紫外波段光作为光源,利用光电倍增管和硅光二极管分别测量同步辐射和像增强器光强,我们对研制的远紫外像增强器在135～250nm波段范围进行了光谱响应测试,测试结果表明该器件在140～190nm范围内有较好的响应,响应峰值在160nm左右,符合远紫外极光成像探测的应用要求。

天基导弹预警紫外波段尾焰信号与大气背景分析

利用氧化铝粒子模型计算了导弹尾焰在200～400 nm波段光谱辐亮度,通过Modtran软件计算了大气垂直方向紫外信号的透射率及不同条件下的大气紫外波段背景亮度,通过对不同高度上导弹尾焰紫外信号与大气背景亮度比较,得到当导弹目标高度超过40 km后,240～300 nm波段的比值较高,理论上可用来在日光照射模式下,进行目标探测与识别。

星载紫外遥感辐射计积分球定标新方法的研究

在紫外波段,使用常规手段实现高精度的辐射定标是比较困难的,这主要是由于标准灯的定标不确定度约4%和漫反射板双向反射分布函数(BRDF)的测量不确定度4%—6%所致。为了提高定标精度,本文应用积分球辐亮度定标方法[1],获得了接近理想的大面积辐亮度光源(约2%),标定了在研的星载紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。文中将标准灯考虑为均匀亮度的点光源,对辐射计的投影视场进行了照明因子修正。同时进行了常规的灯-板定标方法与积分球定标新方法的比较,得到了采用两种方法标定的辐射计亮度响应度有较好的一致性(3%)的结论。初步的定标数据分析比对显示,漫反射板BRDF的测量不确定度和仪器投影视场内辐亮度的计算不确定度是比对中不一致主要的来源。

紫外可见NMOS线阵图像传感器量子效率的定标研究

作为一种新型紫外可见线阵图像传感器,紫外可见NMOS已经应用于国外的空间遥感探测中,但是目前在国内相关研究甚少。在紫外可见波段针对NMOS的重要光电性能参量——量子效率进行了定标研究,为NMOS线阵图像传感器在紫外空间遥感探测的应用奠定了基础。基于美国标准技术研究院（NIST）标定的标准探测器,构建了一套NMOS量子效率高精度定标系统。在250～700 nm波段范围内,通过直接标定NMOS入射窗口处接收到的光子数,结合NMOS信号处理及读出单元得到NMOS的响应电子数,标定其量子效率。结果表明NMOS线阵图像传感器的量子效率在紫外波段达到34%@275 nm,在可见波段达到80%@550 nm。通过不确定度分析,量子效率的测量不确定度为2.5%。

基于传递标准探测器的远紫外电离层光度计定标技术研究

为了验证电离层光度计的设计及研制性能,以满足仪器在轨高灵敏度高精度探测的使用需求,利用氘灯、标准探测器、单色仪、准直仪、漫反射板、真空系统构建一套基于传递标准探测器的全链路电离层光度计真空紫外定标系统,利用真空紫外定标系统完成了电离层光度计在夜间135.6nm和白天135.6nm、LBH带3个探测通道的130~200nm光谱响应及辐亮度定标试验,测试了仪器的灵敏度指标。最后对整个定标系统的定标精度进行分析和估计,得到系统的定标精度优于9.1%。试验证明了基于传递标准探测器建立高精度真空紫外辐射定标系统的可行性。

基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计

详细阐述了用于紫外临边成像光谱仪相机系统的e2v CCD57-10的工作参数和时序分析,着重介绍了基于FPGA来设计产生面阵e2v CCD57-10芯片的复杂驱动时序和整个CCD相机的电子系统控制逻辑时序。使用结果表明:该硬件电路结构简单、成本低廉、可靠性高、功耗较低、并满足了工程项目的小型化要求。

Ku频段小型化低噪声放大器的设计

设计制作了一款基于微组装工艺的小型化低噪声放大器(LNA)。该器件广泛选用裸管芯、芯片电容等微型器件,采用两级放大电路结构,使用AWR与HFSS电磁仿真软件进行设计、优化和仿真,运用键合金丝微波特性进行噪声系数调试,实现较好的低噪声微波特性。最终实现了在12.25 GHz^12.75 GHz工作频段,增益大于20 d B,噪声系数小于1.2 d B的低噪声放大器,整体电路尺寸仅为12 mm×10 mm×7 mm。

紫外臭氧垂直探测仪高精度在轨光谱定标方法研究

为监测及修正紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)在发射以及在轨运行过程中的光谱位置的偏移,采用了一种全新的高精度在轨光谱定标方法。利用高分辨率参考光谱与仪器狭缝函数进行卷积,并将卷积结果与修正后的测量光谱进行匹配,建立了相关评价函数,计算参考光谱和测量光谱误差最小时的光谱偏移量。对于SBUS,利用此方法定标得出的光谱偏移量为0.10nm。利用SBUS星上汞灯光谱验证了定标结果的最大误差为0.01nm,满足仪器指标要求。实验结果证明了高精度在轨光谱定标方法的可行性及精度。

大气/真空环境紫外臭氧垂直探测仪光谱辐照度定标研究

为进一步提高紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)在轨探测及数据反演精度,提出了SBUS地面定标的一系列改进方案,其中为实现地面定标与在轨工作环境一致的全波段真空辐射定标是改进的第一项。通过构建SBUS大气/真空光谱辐照度响应度比对测试装置,实测了两种环境下SBUS整机对同一光源的光谱辐照度响应。结果显示,在250～300nm波段,真空/大气相对偏差约0.8%;在300～400nm波段,真空/大气比对结果随波长变化,最大偏差略高于15%。而仪器250～400nm波段定标环境引入的单项不确定度,真空定标比以往大气定标减小了1.8%。理论分析及实验验证后发现SBUS反射元件Al+MgF2膜层在真空/大气下光谱反射率会发生变化,从而证实了SBUS在真空环境下定标的必要性。

星载太阳紫外光谱监视器的地面辐射定标

星载太阳紫外光谱监视器是一种小型化、高精度紫外-真空紫外光谱辐射计，它有两种工作模式，即探测太阳紫外光谱辐照度的太阳模式和探测大气的太阳后向散射紫外光谱辐亮度的大气模式。对应这两种工作模式分别建立了紫外-真空紫外光谱辐照度和紫外光谱辐亮度定标装置。光谱辐照度标准灯直接辐照仪器的漫反射板进行仪器的光谱辐照度响应度定标，光谱辐照度标准灯辐照标准漫反射板形成朗伯面光源进行仪器的光谱辐亮度响应度定标。误差分析表明：160-250nm光谱辐照度绝对定标误差为6．5％，250-400nm为4．3％；250-400nm光谱辐亮度绝对定标误差为5．9％。星载太阳紫外光谱监视器获得的地外太阳紫外光谱辐照度与大气的太阳后向散射光谱辐亮度数据，同国际上的观测结果相比一致性达±10％。