Sagnac型干涉成像光谱仪研制及干涉成像光谱实验

空间调制干涉成像 (傅里叶变换 )光谱仪 (SMIFTS)是一种有重要的研究和应用价值的空间遥感器。依据应用要求和信噪比方程设计并研制了Sagnac型干涉成像 (傅里叶变换 )光谱仪原理样机。用该样机进行了实验室干涉成像光谱实验 ,获取了较为清晰的可见光、近红外谱段干涉成像图像。对其中各像元的干涉图进行数据处理和计算 ,提取出了光谱特征明显的成像光谱图像和与被测图样光谱特征相符的像元光谱。由实测光谱辐射亮度曲线反演计算出的光谱反射曲线与标准仪器测得的图样光谱反射特性曲线进行了比较 。

基于成像光谱仪的Sagnac干涉仪的优化设计

为了满足仪器的轻量化设计要求,研究了成像光谱仪系统中Sagnac干涉仪的优化设计方法,讨论仪器轻量化设计中干涉仪尺寸与系统前置望远镜倍率的制约关系,通过将Sagnac干涉仪展开为平板玻璃的方法对干涉仪的结构和光路进行分析,根据几何关系推导出Sagnac干涉仪几何尺寸与入射干涉仪的光束孔径和视场角的关系表达式,通过该关系式可以求出干涉仪的尺寸极值和对应的系统前置望远镜倍率大小。以某短波红外光谱仪为例,运用推导出的关系式,计算并给出了优化设计结果。

静止型傅里叶变换成像光谱仪技术的发展

在对经典的傅里叶交换成像光谱仪进行分析、讨论、对比的基础上,综述了静止型傅里叶变换成像光谱仪的原理、结构特点、国内外发展现状及关键技术。对两种不同干涉机制的干涉仪作了对比。静态的、高通量、高分辨率的傅里叶成像光谱技术将最终成为成像光谱技术的发展趋势。

两种干涉成像光谱技术方案的比较

对"大孔径静态干涉成像光谱技术"方案与以色列学者提出的"两维景物光谱同时测量方法"进行了分析和比较,讨论了这2种干涉成像光谱技术方案中干涉仪与成像光学系统两方面的差异,通过计算机模拟,给出了"两维景物光谱同时测量方法"的光程差非线性变化。受"两维景物光谱同时测量方法"的启发,提出基于横向剪切干涉仪的时间调制型干涉成像光谱技术方案,研究了匀速转动横向剪切干涉仪时,各不同视场像元处光程差的变化规律。

成像光谱仪的发展与应用(特邀)

成像光谱仪是一种有效的定量探测工具,得益于其可通过高空间分辨率和高光谱分辨率同时获取探测目标的三维立方体数据的能力,使得成像光谱仪在测绘遥感、目标识别、环境监测与评估、临床影像诊断、过程监控等领域应用极为广泛。文中根据分光原理和分光元件的不同,将成像光谱仪分为四类:滤光型、色散型、干涉型和快照型,在分类的基础上对各种成像光谱仪的主要代表形式和应用进行了回顾和介绍,并对成像光谱仪未来可能存在的发展和应用方向进行了展望。

实体Sagnac干涉仪的设计

以嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪为例,介绍了Sagnac干涉仪的设计思想,共光路及横向剪切原理、剪切量的计算方法以及干涉仪分束面上分束区与透射区的设计.该Sagnac横向剪切干涉仪作为嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的核心部件,经检测与在轨运行,表明设计正确,经受了包括月食低温在内的各种恶劣的航天环境的考验,获得了大量清晰的月表多光谱图像.

Sagnac横向剪切干涉仪设计方法的研究

详细论述了实体Sagnac型干涉仪的工作原理和几何尺寸的优化设计方法,并对实体棱镜构成的干涉仪用展开成平板玻璃的方法来计算分束膜的投射高度,简单且快捷。结合实例给出了计算结果,并对干涉仪的加工要求与装调方法等进行了定性分析。

稳态大视场偏振干涉成像光谱仪中视场补偿型Savart偏光镜透射率研究

论述了基于视场补偿型Savart偏光镜的稳态大视场偏振干涉成像光谱仪的分光机理.依据电磁场边值条件,分析了光在视场补偿型Savart偏光镜中各晶体分界面上的透射情况,得出了透射率的理论计算公式.采用计算机模拟,分析了在半波片为不同材料时,透射率随入射波长、视场角及半波片厚度的变化关系.研究表明,视场补偿型Savart偏光镜具有大视场、高通量、高探测灵敏度的显著特点.此研究可为新型干涉成像光谱技术的研究和新型偏振干涉成像光谱仪的设计、研制提供重要的理论指导.

姿态倾斜对时-空联合调制型干涉成像光谱仪成像质量的影响

时-空联合调制型干涉成像光谱仪获取的像面干涉图是带有干涉条纹的二维空间图像,具有对姿态变化敏感的特点。根据该类仪器的成像过程,在竖直摄影时,相邻两帧像面干涉图之间的像移量为一列像元;偏离竖直摄影时,由于像面干涉图的几何变形或旋转,会引入非正常像移。利用共线方程导出了这一非正常像移量的表达式。利用仿真计算说明:这一非正常像移会在像面干涉图序列中不断积累,导致提取出的物体干涉信息失真。在竖直摄影而平台指向精度较低、倾斜摄影、探测器阵列的安装方向精度较低或者航空成像且存在偏流角时,必须对像面干涉图进行有效校正,才能保证最终反演出的物体光谱的真实性。

干涉型计算层析成像光谱仪的图像重建

针对干涉型计算层析成像光谱仪（CTII）提出了一种光谱图像数据立方体的重建方法。干涉型计算层析成像光谱仪是一种将空间调制傅里叶变换成像光谱仪（FTIS）的原理与计算层析成像光谱仪（CTIS）的原理相结合的一种新型成像光谱仪，具有高通量、高光谱分辨力以及高空间分辨力的特点。分析和讨论了干涉型计算层析成像光谱仪的工作原理以及获取图像的特征，介绍了光谱图像数据立方体的重建方法。根据多角度投影数据的特点提出采用卷积反投影计算层析成像图像重建算法，给出了图像重建步骤以及相应的数学表达式。对D65光源照明条件下的396×396像素目标进行了仿真实验，投影角度为0～180°，步长为0．5°，列出了仿真实验部分结果。实验结果验证了干涉型计算层析成像光谱仪及其图像重建算法的可行性。

空间调制干涉型和衍射光栅型成像光谱仪信噪比性能的分析比较

以Sagnac空间调制干涉型成像光谱仪和Offner凸面光栅衍射型成像光谱仪为例,着重分析和比较这两类成像光谱仪的信噪比性能。在相同观测条件下,通过推导这两类成像光谱仪所得到的图像像元的光谱辐亮度,指出空间调制干涉型成像光谱仪并不具有高通量和多路复用优势,信噪比也低于衍射光栅成像光谱仪。而且随着光谱谱段数的增加,即光谱分辨率的提高,衍射光栅成像光谱仪的信噪比优势更明显。

干涉仪的微应力安装力学分析以及试验结果

干涉仪在系统中固定产生的应力会影响干涉条纹的调制度.将干涉仪的非通光面与干涉仪材料性能相同的玻璃平板胶合,做为干涉仪上下面的安装面,可以消除安装过程中对干涉仪产生的应力.选取航天通用的铸钛材料做为支撑件,可以避免恶劣航天环境中金属件热膨胀对干涉仪的破坏,采用XM31胶垫对干涉仪运输过程进行保护.整个装调中采用微应力装调.对整个系统采用工程分析软件进行了理论力学分析.结果表明,这种结构设计是可行的.同时采用2XSA60-T1000-32WL振动台,根据有关规范要求输入振动载荷,进行了力学环境试验.试验前后整个系统干涉图的MTF值基本不变.证明这种干涉仪结构设计以及微应力装调方法在工程应用上是可行的.

运用AHP的光谱复原技术方案优选

针对当前临近空间平台干涉型成像仪实际探测数据匮乏、光谱复原方案难以确定的弊端,提出了一种基于层次分析法(AHP)的光谱复原技术方案优选方法.首先根据现有的光谱复原技术,确定了12种光谱复原方案;然后运用AHP对12种光谱复原方案进行了评估,选出了最佳方案.这为研究临近空间平台探测目标光谱复原技术评估体系提供了参考.