空间遥感光谱辐射计紫外／真空紫外光谱辐照度定标技术

实验证明了发散光照明模式和平行光照明模式标定的光谱辐照度响应度在定标误差范围内一致.在此基础上构建了由150 W大功率氘灯、500 W氙灯和球面反射镜组成的平行光光谱辐照度定标单元,该单元解决了大多数光谱辐射计由于在紫外波段响应度低、信噪比小导致的定标困难,而且其输出光谱辐照度在一定距离范围内变化很小从而减小了装调误差,提高了定标准确度.分两个波段标定了一台紫外光谱辐射计160 nm～400 nm波段光谱辐照度响应度,其中160 nm～250 nm定标误差4.6%,250 nm～400 nm定标误差2.4%.

紫外高光谱探测仪实验室辐照度定标研究

紫外高光谱探测仪在轨运行时通过地球光观测光路和太阳光观测光路获取辐射和光谱信息,因此在发射前需对载荷进行实验室定标。定标后获取的辐照度定标系数将用于在轨计算获取反演所需的太阳参考谱,定标精度直接影响仪器在轨探测及数据反演精度,决定着获取的遥感信息的可靠性。采用直接发散光辐照度定标方法,搭建二维定标平台对定标光路进行不同角度、距离的标准灯测试,将三个距离下的实验值借助最小二乘法线性拟合得到辐照度定标系数,并对系数进行角度等因素的校正。测试结果表明合成不确定度为3.42%,符合辐射定标要求,表明了方法的可行性。

用150W氘灯标定200～300nm光谱辐照度

采用150W大功率氘灯标定光谱仪器的紫外波段光谱辐照度响应度，解决了大多数光谱辐射计由于在紫外波段响应度低、信噪比小导致的定标困难。在此基础上以氘灯加球面反射镜构建了平行光光谱辐照度定标单元，满足了某些遥感类光谱辐射计辐照度响应度定标要求，该单元通过照度标准传递的方式获得标准光谱辐照度值，避开了球面反射镜光谱反射率的测量难点。与美国NIST的FEL标准灯标定同一台光谱辐射计，其结果最大偏差为3％，200～300nm定标误差为4．7％。

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。

空间遥感紫外光谱辐射计辐照度定标研究

构建了由150W大功率氘灯、1000W石英卤钨灯及球面反射镜组成的平行光光谱辐照度定标单元,解决了多数光谱辐射计由于在紫外波段响应度低、信噪比小导致的定标困难,也满足了空间遥感类光谱辐射计的辐照度定标要求。分两个波段标定了紫外光谱辐射计160～400nm波段光谱辐照度响应度,其中160～250nm定标不确定度4.7%,250～400nm定标不确定度2.7%。

基于可调谐激光器的太阳光谱辐照度仪定标方法

太阳光谱辐照度仪是利用棱镜分光技术对太阳直射辐射进行连续光谱测量的新型仪器,为了实现高精度观测要求,开展了基于可调谐激光器的系统级定标方法研究。使用激光导入积分球产生的均匀辐照度场作为定标光源,利用标准辐照度探测器作为传递标准,将低温绝对辐射计的辐射标准传递到太阳光谱辐照度仪。在仪器的870nm波段进行了定标实验,与标准灯法、Langley法得到的定标系数进行比对,偏差分别为2.84%和4.08%,验证了该方法的可行性。根据不确定度评估规范,这种定标方法的不确定度优于0.882%,可以用于高精度的太阳光谱辐射观测。

超大动态范围日盲紫外辐照度光源

为实现对动态范围达120dB的日盲紫外增强型电荷耦合器件(SBUV-ICCD)的辐照度定标,设计并实现了超大动态范围日盲紫外辐照度光源。首先估算出SBUV-ICCD的辐照度定标所需的动态范围,其次采用氘灯、积分球、高精度光阑及平直光轨等,基于辐照度距离平方反比定律实现了光谱结构不变,而辐照度在极大动态范围内连续变化的光源,并对其进行了动态范围及稳定性测试。结果表明,该光源实际覆盖辐照度0.278～2.8×10-7μW.cm-2,稳定性为0.93%/3h,能够满足SBUV-ICCD定标的需要,且可复用于紫外探测器面均匀性测试、成像系统辐亮度定标等。

基于标准探测器研究标准灯光谱辐照度和漫反射板双向反射分布函数随波长的变化

用光谱辐照度标准灯的光谱辐照度标定内部照明的积分球开口光谱辐亮度，这一技术目前已比较成熟，通过两种方式推导出的传递仪器光谱辐亮度响应度之比随波长而变化。针对这一现象，构建了基于标准探测器的绝对辐亮度计和绝对辐照度计。用所构建的绝对辐射计在4个波长处标定光谱辐照度标准灯及标准漫反射板的变化情况，得出标准灯实际光谱辐照度值比自身标定值大，漫反射板实际双向反射分布函数（BRDF）比自身标定BRDF小的结论。将实际光谱辐照度及BRDF分别修正到积分球光谱辐亮度及传递仪器光谱辐亮度响应度中，修正后的传递仪器光谱辐亮度响应度之比随波长变化而趋于常数1。不确定度分析表明，在4个波长处光谱辐亮度定标中合成标准不确定度为0．884％～1．217％，光谱辐照度定标中合成标准不确定度为0．768％～1．136％。