无云地球大气背景辐射光谱亮度的计算模型

根据辐射的叠加性,提出了一种用于卫星遥感无云地球大气背景辐射强度计算的理论模型。在利用该模型对晴朗无云地球大气背景的光谱辐射亮度进行计算时,使用迭代法解辐射传输方程并对大气采用动态分层。模型计算的结果与法国6S软件计算结果的对比表明:该模型以及计算方法对于无云地球大气背景向上的辐射亮度计算是精确可行的。且计算结果说明在可见光波段地球大气背景的辐射是很强的,而在红外强吸收波段,地-气系统的辐射很弱,主要来自大气的后向散射。

视场角和定位误差在光谱辐射亮度测量中的影响

为了减小不同光谱辐射计间瞄准区域差异带来的光谱辐射亮度不一致性,讨论了视场角及定位对于测量准确性的影响。通过建立太阳光白板和卤钨灯白板系统光路下的光谱辐射亮度测量模型,分析了不同几何光路视场区域平均辐射亮度与中心辐射亮度的差异。数值模拟表明,太阳光白板光路修正因子仅与视场角大小有关;卤钨灯白板光路修正因子随测量距离增大而减小,距离600 mm时8°和14°视场角的修正因子分别变为0.993 5和0.980 2。最后,实验验证了卤钨灯白板系统下角度误差和位移误差对光谱辐射亮度的影响。结果表明,修正因子对水平方向的角度误差和位移误差呈现非对称性,两侧差异高达2%。因此,依据视场角和几何定位可以对测量结果进行数据修正,有助于提升光谱辐射亮度测量不确定度水平。

LED的相对光谱亮度分布及漂移特性研究

采用光电高温计光谱响应度测量装置，对LumiSpot型高亮红光LED的相对光谱亮度分布进行了实验研究。应用光电高温计定量描述LED光谱亮度漂移特性。测量了0．01A、0．05A、0．15A和0．3A电流下LED的相对光谱亮度分布，其峰值波长的在不同电流下的漂移在3nm以内。并在0．05A，0．15A，0．3A的电流下，测量了光谱亮度的漂移特性。引入缓慢线性漂移阶段及单位时间相对漂移量的定义，后者在（1．7×10^-5～1．5×10^-4）S。范围内，在非线性测量过程中，可在缓慢漂移段做线性漂移处理。

红外目标光谱辐射亮度测试技术

红外目标光谱辐射亮度对于武器光电系统的搜索、跟踪及目标识别都具有重要的应用。以红外辐射理论为基础,在同温度、同波长下采用红外傅里叶分光法并与标准黑体相比较的方法对红外目标光谱辐射亮度进行了测试技术研究,建立了红外目标光谱辐射亮度计量测试装置。根据实验结果分析,该装置在波长范围2.5-14μm,1 000℃、3 000℃、5 000℃、7 000℃四个温度点条件下,测量误差为±1%,在5 000℃、7 000℃时,测量误差小于0.1%。分析讨论了对测量结果产生影响的因素,得出当标准黑体温度与被测红外目标温度不一致时,会给测量带来较大误差;在3.0-5.4μm范围内,分别选用In Sb和MCT两种探测器,产生的偏差为±0.5%。

光谱辐射亮度国际比对与结果分析

基于高温黑体辐射源BB3500M,中国计量科学研究院(NIM)自主研制了第四代光谱辐射亮度国家基准装置,波长范围覆盖220~2 550 nm,以稳定的钨带灯作为传递标准,改善了测量不确定度。黑体辐射源的温度测量溯源至Pt-C和Re-C固定点黑体,在3 021 K采用WC-C固定点黑体进行验证,NIM和全俄光学物理计量院(VNIIOFI)之间的测量偏差小于70 m K。采用新基准装置,NIM参加了光谱辐射亮度国际APMP-PR. S6比对。NIM研制了两套入射光学系统,成像倍率分别为0. 58和1. 00,立体角为0. 006 sr和0. 008 sr,采用两套系统复现光谱辐射亮度量值的差异小于±0. 40%。APMP-PR. S6比对结果表明:在紫外、可见和近红外波长范围,NIM与参考值的平均相对偏差分别为0. 59%、0. 44%和0. 34%。全部波长范围的平均相对偏差0. 46%。在250 nm、400 nm、800 nm、2 500 nm波长,光谱辐射亮度的测量标准不确定度分别为0. 95%、0. 50%、0. 41%和0. 80%。从而验证了第四代光谱辐射亮度国家基准装置的准确性和可靠性。

硫酸钡漫反射板在250～400nm光谱辐射亮度标定中的应用研究

表面喷涂硫酸钡的漫反射板正入射时是最接近朗伯特性的用于标定光谱辐射亮度的实用漫反射板。通过实验测量硫酸钡漫反射板 2 5 0～ 4 0 0nm的半球反射率和双向反射分布函数表明 ,实测的双向反射分布函数与假定漫反射板为朗伯表面根据测量的半球反射率计算的双向反射分布函数的相对差值为 6 7% ,实测的双向反射分布函数随散射角的变化可达 2 8%。为提高光谱辐射亮度标定的准确性 ,考虑双向反射分布函数的微小变化和漫反射板上的光谱辐射照度的不均匀性 ,通过对光谱仪视场内每一小面元积分 ,最后可精确求得所测光谱辐射亮度 。

医用LED设备光谱辐亮度的测量方法研究

目的在医用LED设备的光生物安全性评价中,目前尚无相关标准详细规定不同医用LED设备的光谱辐亮度应如何进行测量,而不同的测量方法和测量方案对测试结果的影响很大,本文将研究一种适用于医用LED设备的光谱辐亮度测量方案。方法本研究基于人眼简化模型,利用凸透镜成像的原理针对不同光束类型进行测量,研究并给出不同情况下表观光源和光谱辐亮度的检测原理和检测方法,并实现了实际测量。结果测量结果与医用LED设备的光生物安全性分类一致。结论在实际测量过程中,应根据设备的光束类型选择合适的测试方案,以实现光谱辐亮度的精确测量。

用等离子体辐射源建立200～350nm光谱辐亮度副基准

本文介绍了工作在１．０×１０Ｐａ气压下的氩弧等离子体辐射源的结构；局部热力学平衡条件的判断；温度诊断的几种方法及作为２００～３５０ｎｍ光谱辐亮度副基准的原理和实验装置、传递标准氘灯灯组，最后进行的误差分析表明总不确度为１３％。

(50～500)cd/m^2亮度水平下的光谱辐射亮度标准

介绍了一种使用溴钨标准灯、烟熏MgO漫反射白板、国家光强度副基准及国家色温度副基准建立 (5 0～ 5 0 0 )cd m2 亮度水平下光谱辐射亮度标准 (380～ 780 )nm的方法。解决了彩色监视器、彩色显像管、彩色液晶屏的光谱、色度及亮度测量的计量标准问题。

多波段光谱辐亮度计量值溯源技术研究

光谱辐亮度计是实现空间遥感仪器在地面实验室内进行高精度光谱定标的关键设备之一,本文基于标准探测器的辐亮度传递原理,利用视场光阑、孔径光阑、窄带滤光片和光电二极管研制了10测量通道的遮光筒式多波段光谱辐亮度计,测量波长分布在(400~1100)nm范围。具有校准通道,与积分球单色光源匹配使用,实现光谱辐亮度的量值溯源,测量不确定度优于2.2%。

星载光谱辐射亮度绝对定标装置

从光谱辐射亮度的定标原理及其溯源出发 ,提出并讨论了四种光谱范围在 50 0 nm～ 10 0 0 nm之间的星载光谱辐射亮度定标系统的设计方案 。

HJ-1A卫星CCD相机入射光谱辐射亮度的分析

文章介绍了HJ - 1A卫星CCD相机的任务需求 ,分析了影响CCD相机入射光谱辐射亮度的主要因素 ,通过“6S”软件得到在不同条件下CCD相机入射光谱辐射亮度 ,并依据CCD相机各波段的观测能力与地物的光谱特点 ,最终确定了CCD相机各波段不同增益对应的最大入射光谱辐射亮度。

噪声等效光谱辐亮度定标系统的性能测评

噪声等效光谱辐亮度(NESR)是代表红外遥感器极限探测能力的关键性指标。高灵敏红外遥感器的NESR定标需要高稳定、高均匀和充满视场的红外辐射光源,其光谱辐亮度的不确定度应当显著低于红外遥感器的NESR。针对一种新型的级联积分球型大孔径NESR定标系统,开展了NESR定标不确定度的实验测试研究,评定了绝对光谱辐亮度的量值溯源、积分球输出的均匀性和稳定性等11种不确定性因素的影响。测试结果表明,在规定的303~308K亮温范围内,主积分球光谱辐亮度的相对不确定度优于0.34%,6~15μm波段的NESR定标不确定度优于0.1~0.0037μW·cm^(-2)·sr^(-1)·μm^(-1),验证了新型定标系统应用于高性能红外遥感器NESR定标的可行性。

水中油对水体上行辐亮度光谱的影响

目前,学者主要关注利用遥感技术探测海面油膜。然而,经海洋物理过程或人为喷洒化学分散剂处理形成的水中油对海洋生境也具有危害作用。水体上行辐亮度是水色传感器的重要信号源,通过分析含油水体的上行辐亮度光谱特征,探索快速有效地遥测水中油的方法对保护海洋生境具有重要意义。基于大连港海域现场实测数据及Hydrolight模拟含油水体水下光场,通过分析上行辐亮度随波长、水深及太阳天顶角的变化特征,剖析水中油对上行辐亮度光谱的影响及水中油的敏感光谱特性。结果表明水中油的主要波谱响应区间位于可见光波段(380~760nm)。随着水中油浓度的增加,上行辐亮度光谱峰值有逐渐向长波方向移动及蓝光波段辐亮度量值逐渐降低的趋势,这些变化处于水色遥感的探测光谱范畴,为利用水色遥感技术探测水中油提供了光谱依据。其次,上行辐亮度随水深逐级递减,并在接近水体下界面前不降反升的现象说明刚好在水面之上的上行辐亮度由各深度水体组分的后向散射及下界面的反射共同贡献,再经水汽界面上行透射而得,属于水体辐射传输的核心机理。这与水面油膜通过油类物质改变海表反射率而产生与自然海表不同反射光谱的探测机理具有本质上的差别。再者,与含水中油水体后向散射产生的上行辐亮度相比,海表对太阳光的反射属于强信号,会掩盖水体组分信息。水色卫星搭载的水色传感器具有一定的侧摆能力,能避开太阳辐射反射信号并接收到含水中油水体的上行辐亮度;水色卫星的当地过境时间一般为10至14点,且水色传感器具有高信噪比特征,满足含水中油水体的暗像元探测要求。该研究揭示了水色遥感探测含水中油水体的光谱和机理依据,表明可以视水中油为一种新的水体组分,基于光在水体中的辐射传输过程,开展含水中油水体的水色遥感反演研究。

真空紫外光谱辐射亮度测试技术

真空紫外目标的光谱辐射亮度对于深空空间探测、航天器损伤测试等空间科学研究具有重要意义。研究了2种用于针对真空紫外光源的测试系统及其方法,通过对真空紫外光谱辐射亮度测试方法开展研究,研制了真空紫外光谱辐射亮度测试系统,测试系统包括真空紫外标准光源、光学成像系统、分光模块、真空紫外探测器模块、真空舱以及数据处理系统等。利用测试系统根据直接测量法和比较法对氘灯的光谱辐射亮度进行了测试分析,并讨论了真空紫外光谱辐射亮度影响因素及相对示值误差,实现了真空紫外光谱辐射亮度在121.2 nm、135.6 nm、160 nm、180 nm、200 nm五个波长范围0.01μW/cm^(2)·nm·sr~1μW/cm^(2)·nm·sr的精确测量。测量的重复性为0.00134。这表明测试系统可以实现真空紫外波段信号的测试。

晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型

利用大气光学质量和大气气溶胶光学厚度的经验公式,由H ITRAN数据库获得大气分子谱线参数,基于辐射传输方程,给出了晴朗无云天空光谱辐射的近似计算模型。根据该近似计算模型对晴朗无云天空光谱辐射亮度进行的计算结果表明:天空光谱辐射亮度曲线上存在明显的O2和H2O吸收线;晴朗无云天空辐射的光谱分布偏蓝,天空亮度主要集中在短波段部分;太阳角小的天空光谱亮度出现“红移”现象;由于大气厚度变大,近地平的天空辐射亮度较大。

第四代光谱辐射度和色温度国家基准装置的研制

基于高温黑体辐射源BB3500M研究并建立了第四代光谱辐射度和色温度国家基准装置。采用稳流和稳温相结合的反馈工作模式，开启后3h即达到温度稳定。3016K时，1h内的温度变化小于0．59K。温度测量直接溯源至Pt—C和Re-C高温共晶点黑体，2980K时的测量不确定度为0．64K（k=1）。光谱辐射亮度和光谱辐射照度的波长范围向短波分别扩展至220nm、230nm，长波扩展至2550nm，达到全波段光谱辐射亮度CCPR-SI比对的能力。新基准增加了分布温度参数的测量能力，2353K和2856K的测量不确定度（k=1）分别改善为1．6K和2．1K。对基准装置入射光学系统的辐照不均匀性以及短波紫外大气传输过程所带来的散射和吸收进行了数值计算，提出理论修正方法，将辐照不均匀性测量误差减小0．3％，大气传输误差减小0．29％。

利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计

基于内部照明积分球的辐亮度定标方法，获得了接近理想的大面积辐亮度光源（～2％），标定了在研的空间紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。在假设标准灯为均匀亮度的点光源情况下，对照明因子进行了修正。同时利用两种漫反射板对此修正进行了实验研究，得到了采用两种漫反射板标定的光谱辐射计亮度响应度有很好的一致性（1％）的结论。初步的定标数据分析显示，石英卤钨灯光谱辐照度测量的相对不确定度和距离测量的不确定度是积分球定标最主要的不确定度来源，可用于紫外波段光谱辐射计的高精度辐射定标，并可以极大地降低定标不确定度。