利用傅里叶光谱仪进行大观测角度下海表发射率测量

利用傅里叶光谱仪在大观测角度下(78°~86°)对海表发射率进行了测量实验。对测得的数据进行辐射定标后,利用气象站观测数据及当天的探空数据通过辐射传输模型MODTRAN进行了大气参数计算去除大气影响,得到海表发射辐射谱。根据结果分析可知,海表发射率在大角度时整体偏低,且受观测角度影响较大,观测角度越大,海表发射率值越小,测得的平均海表宽波段发射率范围为0.860 5~0.926 4,标准差为0.000 6~0.001 1;当大角度入射时,仪器视场角对海表发射率的测量结果影响也很大,大视场角下的海表发射率值SSE为0.900 7,明显大于小视场角下的海水发射率(0.860 5)。

空间傅里叶光谱仪高精密大范围动态测角技术

动态校准系统是空间傅里叶光谱仪的关键技术之一,而动态测角作为动态校准技术的一个重要环节,其测角精度和测角范围是动态校准系统性能的保证。空间傅里叶光谱仪的工作环境要求测角算法能够实现高精度和大范围的倾角检测,基于此设计了基于瞬时激光信号功率检测的动态测角算法,介绍了该算法实现的关键技术环节,给出了实验结果。算法原理和实验结果均表明该算法可以实现精度高于0.03rad和范围超过±πrad的倾角检测,可为空间傅里叶光谱仪实时获取高质量的地球大气红外辐射干涉图提供保证。

迈克尔逊型傅里叶光谱仪动镜直线运动

1 引言分光计是一类重要的空间遥感仪器,它可以从空间不断测量全球三维空间的温度场、气压场、水气分布、云和大气气溶胶以及微量气体的含量,显著提高天气预报的质量。

在轨超高分辨率傅里叶光谱仪仪器线型函数更新方法研究

仪器线型函数是傅里叶光谱仪重要的物理表征参数之一,影响仪器测量光谱的精度.随着空间测量和大气探测等遥感应用在高精度上的需求,如何实时在轨测量并更新星载光谱仪的仪器线型函数,成为当前提高在轨超高分辨率光谱仪测量精度的重要手段.以傅里叶型光谱仪为例,根据仪器线型函数的原理,利用在轨超高分辨率光谱仪实测太阳光谱定标数据不受大气气溶胶影响且具有独立太阳弗朗和费线的特征,来对在轨超高分辨率光谱仪的仪器线型函数进行监督和更新.实验以Kurucz太阳光谱模型作为参考光谱,在对应波段范围内分别选取多条实测太阳定标光谱和参考光谱的特征峰,通过调整光谱仪的狭缝模型,对特征峰残差进行迭代对比,演算出仪器ILS参数变化.最后,用更新的仪器线型函数与临边理论光谱卷积,与实测临边定标光谱比较验证,误差范围在-6%~8%.结果表明,该方法可为在轨超高分辨率光谱仪仪器线型函数的监督更新提供参考依据.

红外傅里叶光谱仪的仪器线形函数及工程应用

提出了利用定量化的仪器线形函数对面阵傅里叶光谱仪像元进行光谱修正的方法。系统介绍了傅里叶光谱仪的仪器线形函数,结合仪器的自身特征建立了仪器线形函数模型,并利用MATLAB进行了仿真计算。通过理论计算给出了中心像元和边缘像元的激光光谱波峰之间的差值,其同实际值的相对误差均值仅为4.21%,修正后的边缘像元光谱准确度达到10-5量级。得到的结果从理论角度证明了利用仪器线形函数对面阵型傅里叶光谱仪进行光谱修正的有效性。最后从实际工程应用的角度出发,提出了针对面阵傅里叶光谱仪非中心像元光谱修正的方法。实验显示该方法具有很强的普适性,可在保证较高光谱准确度的基础上极大地提高光谱定标的效率,降低光谱定标的工作量。

傅里叶光谱仪高精度光谱定标研究

为了提高傅里叶光谱仪光谱定标精度,减小光谱定标误差,基于风云四号大气垂直探测仪实验室气体池光谱定标数据,进行傅里叶光谱仪高精度光谱定标算法研究。首先,分析了傅里叶光谱仪的分光原理,并在对参考激光波数漂移、光线离轴、以及有限视场引起光谱波数偏移的原理进行分析后,得出傅里叶光谱仪光谱定标公式及定标参数的计算方法;接着分析了快速傅里叶变换(FFT)的栅栏效应和干涉图截断产生的sinc函数造成的光谱定标误差较大的原因;然后通过对比几种不同的光谱细化方法,选择高效的快速Chirp Z-transform(CZT)进行光谱细化,解决FFT光谱分辨率较低导致光谱误差较大的问题;通过对气体池参考气体在HITRAN数据库中的理论谱线,用Gaussian线型展宽并卷积sinc函数处理后作为光谱定标参考谱线的方式,减小由sinc函数引起的谱线间串扰造成的光谱定标误差,从而提高光谱定标精度。最后,使用实验测得的数据对该光谱定标算法进行验证,对比使用CZT细化光谱前后定标误差,和参考谱线处理前后的定标误差,证明该算法可以有效提高光谱定标精度,最高可将光谱定标误差减小10倍以上。

低温真空红外傅里叶光谱仪噪声等效辐亮度定标系统

红外傅里叶光谱的等效噪声辐亮度(NESR)是反映其对红外目标信号的极限探测能力,也是仪器的主要技术指标。受限于我国当前的技术条件,尚无相关能力的测试定标系统和检定规范。通过借鉴当前国内外的红外辐射计量装置的标准传递思路,提出了一种NESR高精度测试装置方案。给出了该装置的溯源链路,描述了其整体和光路结构,并设计了低温真空背景抑制模块。着重介绍了宽动态范围红外积分球辐射源设计、等效光路设计和真空低温环境模块等设计方案。提出的设计方案为NESR高精度测量提供基本的参考依据,为我国傅里叶光谱的NESR的量值溯源提供支撑条件。

重力对星载傅里叶光谱仪动镜系统的影响

分析了太空失重对星载傅里叶光谱仪动镜系统的影响。针对动镜系统受重力影响的两个关键因素,提出了解决措施,并设计了实验室验证方法。考虑空间和地面重力环境的不同,分析了动镜未被驱动时重力对初始定位的影响和动镜被驱动后重力对运动机构回复力矩的影响。设计了精密初始机械限位使动镜从固定起始点开始运动控制,并且采用闭环PID控制与在轨可调整期望运动规律相结合的控制方法来校正动镜机构等效扭转刚度的变化。最后,提出了将整个动镜机构倒置的方式进行地面验证,并设计了动镜正、负位移不对称性偏差以及匀速区速度波动的性能测量方法。实验结果表明,正置和倒置时动镜正、负位移的不对称性偏差可以控制在6μm以内,其匀速区的速度波动均方根值分别为1.4%和1.1%。实验显示提出的解决方法简单可靠,性能指标满足傅里叶光谱仪的要求,为动镜系统的空间应用提供了技术途径。

傅里叶光谱仪扫描速度对测试的影响

扫描速度快是傅里叶光谱仪的突出优点之一,一般比棱镜式或光栅式光谱仪快上数百倍,但同时也对测试结果也带来了一定的不确定性。通过测试对比,研究了傅里叶光谱仪扫描速度对不同红外探测器的影响情况,最后对应于不同的测试样品及目的,给出了扫描速度的参考设定值。

红外傅里叶光谱仪用于红外探测器相对光谱响应曲线测试的几个问题

在使用红外傅里叶光谱仪进行红外探测器相对光谱响应曲线测试过程中,遇到了标准探测器如何选择和扫描速度(频率)参数如何设置的问题。通过分析测试原理、测试方法和测试仪器的工作原理,找到了问题的实质和解决问题的方向。

基于FPGA的星载傅里叶光谱仪动镜电机的数字控制

首先提出由于卫星在轨可靠性的要求,耐辐射FPGA成为航天工业应用的趋势。针对此需求,设计出一种基于FPGA实现的傅里叶光谱仪动镜电机控制算法,给出了数字控制器的硬件架构和状态机的实现方法。Modelsim中的代码仿真说明了算法的有效性。经系统运行验证,动镜实际运动位置跟踪期望位置效果好,匀速区速度波动均方根值可达1.4%,为星载傅里叶光谱仪动镜电机数字控制器的实现提供了一种技术途径。

红外傅里叶光谱仪的干涉图模型研究及应用

介绍了红外傅里叶光谱仪干涉图的获取原理和过程。基于MATLAB软件,首次采用将数值积分技术结合离散傅里叶变换的方法对干涉图特性进行了建模和计算,得到了不同温度黑体辐射所对应的干涉图,并对其直流偏置、最大值以及相对最小值等特征进行了分析。定量给出了相对最小值与直流偏置之间的线性关系,并从试验数据上对其进行了验证。在国内首次从干涉图特性的角度分析了大气垂直探测仪系统的背景噪声。然后对通过在CTIA型读出电路中引入减法电路来提高动态范围的方法进行了可行性分析。结果表明,该方法并不具有可行性。

具有动态校正功能的傅里叶光谱仪

本文介绍六种典型的带动态校正系统的傅里叶光谱仪及其技术指标。1 Bomem公司的DA2、DA3系列 光谱仪 Bomem公司的DA2系列产品是1987年推出的。

用傅里叶光谱仪测量探测器光谱响应方法的研究

详细介绍了一种新颖的测量探测器光谱响应的方法。与过去的方法相比，它具有灵敏度高、测量速度快、测量精度高、操作方便等优点。该方法以傅里叶光谱仪为主要测量设备，配合相应的测量软件，非常方便适用。本文主要介绍它的原理和部分测量结果。

傅里叶光谱仪的智能数据采集器与光谱数据处理系统

根据傅里叶光谱学的基本原理,组成傅里叶变换光谱仪实时数据采集和处理系统。系统中智能数据采集器对干涉图作数据采集,配以干涉图处理与谱图变换软件包的IBM-PC/XT微机作为光谱数据处理系统,对干涉图进行数据处理与谱图变换,以获得正确的光谱图。

星载傅里叶光谱仪动态校正技术研究

本文介绍了国内外傅里叶变换光谱仪动态校正技术的发展状况和典型应用,并给出了一种星载傅里叶变换光谱仪动态校正方案。

空气楔型全光学傅里叶光谱仪

空气楔型全光学傅里叶光谱仪何圣静，宋立尔博里叶光谱是物理光学的现代面貌．傅里叶分析方法的引入，使人们对光的传播、干涉、衍射成像所遵循的规律等内在联系，能从理论上获得系统的理解．早在１８９１年，迈克耳孙研制成干涉仪（命名为迈克耳孙干涉仪）后，他就提出了...

宽波段傅里叶变换太阳光谱仪等光程差采样系统设计

太阳成像光谱探测是诊断太阳大气磁场和热力学参数的主要手段.傅里叶变换太阳光谱仪(Fourier Transform Solar Spectrometer, FTSS)具有宽波段的优势,是当前中红外高分辨率太阳光谱探测的最佳选择.FTSS通过采集目标辐射等光程差干涉图,反演获得光谱图,等光程差采样的间隔决定了反演光谱波长范围.因此从FTSS宽波段光谱观测对不同等光程差采样间隔需求出发,基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)技术,采用全数字分频、倍频方案,设计了一套宽波段FTSS等光程差采样系统.采用分布式余数补偿方法,有效解决了在参考激光干涉信号倍频过程中,输出采样信号在输出信号周期间误差累积问题,并降低了输出采样信号的误差及非均匀性;经功能仿真及实验测试,系统在200 Hz–50 kHz频率范围内,频率误差δ <0.04%,可有效满足FTSS的300 nm–25μm宽波段的光谱观测数据采集需求,为后续可见和红外波段FTSS的研制奠定了技术基础.

基于响应率修正的傅里叶变换光谱仪非线性校正算法研究

傅里叶变换高光谱仪器在定量化遥感领域展现出极大的优势,非线性校正是保证在轨辐射定标精度不可缺少的过程。针对搭载于风云四号静止轨道干涉式红外探测仪(FY-4/GIIRS)运行轨道受日晒分布不均匀、仪器环境温度日变化剧烈的特点,推导出一种基于仪器光谱响应率修正的非线性校正算法,通过测量一组标准参考辐射源光谱量化值和光谱响应率,拟合得到光谱响应率一次项修正系数。在仪器环境温度变化后,利用一次项修正系数、黑体观测光谱值和黑体观测光谱响应率重新计算光谱响应率常数项修正系数,就可以得到任意仪器环境温度下的仪器非线性校正系数。经仪器发射前地面热真空(TVAC)定标试验数据验证,该算法简单有效,在各试验环境温度工况下,对180~320 K观测范围内的辐射定标精度均有明显的提高。

红外傅里叶光谱仪在轨光谱定标算法研究

风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪的核心是一台红外傅里叶光谱仪,为了提高探测仪观测资料的定量化应用水平,必须对其进行精确的在轨光谱定标。对于傅里叶光谱仪来说,光谱位置由干涉图的采样点数和参考激光频率共同决定,因此光谱定标的关键是确保参考激光频率的稳定性。本研究利用逐线积分辐射传输模式得到参考大气吸收谱线,通过比较探测仪观测光谱与参考光谱的均方根误差来确定激光的有效采样频率,从而实现探测仪的在轨高精度光谱定标。该方法已应用于风云四号A星上搭载的干涉式大气垂直探测仪的在轨光谱定标中,具有较高的应用价值。