双弹光拍频调制型Fourier-Bessel变换成像光谱技术研究

针对现有弹光调制器（photoelastic-modulator ，PEM ）的调制频率高（几十kHz以上），调制干涉信号频率更高，普通阵列探测器无法有效采集，提出了一种基于双弹光调制器拍频调制和傅里叶-贝塞尔（Fourier-Bessel）变换的光谱测量方法，并结合CCD成像技术构成新型双弹光调制成像光谱技术（dual-photo-elastic-modulator-based imaging spectrometer ，Dual-PEM-IS）。该方法将双弹光调制器分别工作在数值略有差异的频率上，以对光进行拍频调制，并产生载有被测光的低频调制分量（比驱动频率小2～3个数量级，普通CCD可实现探测），通过对调制信号中的低频成分进行 Fourier-Bessel变换可得到目标光谱，使得弹光调制兼具了成像和光谱测量能力。介绍了其原理并推导出光谱反演公式，并通过仿真和实验验证其可行性，分析了光程差的微小偏差对反演光谱造成的影响，为进一步工程化实现提供了必要的理论基础。

信息散度与梯度角正切相结合的光谱区分方法

提出了将光谱信息散度和光谱梯度角正切相结合的光谱区分方法(SID×tan(SGAπ/2)),克服了现有光谱区分方法难以同时兼顾光谱整体形状和局部特征的不足。利用仿真光谱作为输入源,根据时空联合调制干涉成像光谱仪的干涉图获取原理和光谱复原算法,模拟了其在不同最大掺杂比下对失真光谱的复原,并采用不同区分方法分别比较了复原光谱与准确光谱的差异。实验结果表明SID×tan(SGAπ/2)法可以在辨别光谱整体形状相似性的前提下,增强对光谱局部特征差异性的分辨能力。通过对多种区分方法结果的对比,验证了SID×tan(SGAπ/2)法在光谱区分能力上的显著提高。

新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪的设计与仿真

傅里叶变换光谱仪(FTS)在光谱分析中的应用越来越广泛,并且其微型化的趋势也愈加明显。文章设计了一种新型空间调制微型傅里叶变换光谱仪。在介绍其结构理论的基础上,对其空间的光强分布进行了模拟,通过对该结构下引起相位误差因素的详细分析,采用改进的Mertz相位校正方法对小双边的采样数据进行了光谱复原,其理论分辨率可达到3.43nm@800nm,信噪比的理想分辨极限为6.8dB。该结构的微型FTS可以用微机械加工的方法来实现,具有性能稳定,误差容易校正等优点,文章对空间调制微型傅里叶变换光谱仪的结构设计及仿真,为微型FTS的微机械加工实验提供了理论支持,还为微型傅里叶变换光谱仪的进一步应用提供了更广阔的空间。

空间调制型干涉光谱成像仪数据处理方法

干涉型光谱成像技术是一种新型的光谱成像技术,近些年来发展迅速。干涉成像光谱仪获得的是间接数据干涉图,不能被用户直接使用,需要进行干涉数据反演处理,包括数据预处理(干涉图修正)、切趾、相位修正、傅里叶变换、光谱辐射定标等一系列复杂的处理,目前国内外尚未有文献对干涉数据处理技术进行全面的分析,文章基于作者单位对此技术多年的研究,针对空间调制型干涉光谱成像仪的数据处理方法,结合环境与灾害卫星超光谱成像仪的数据,提出了一套有效的数据反演方法和流程,获得了很好的数据反演结果。

单边干涉图的数据处理方法研究

干涉成像光谱仪干涉图的采样方式一般有两种,即单边采样和双边采样,单边采样干涉图往往保留零光程差附近的部分“短双边”采样数据以利于数据处理·本文对空间调制干涉成像光谱仪不同干涉图采样方式下的光谱复原方法进行了研究,讨论了空间调制干涉成像光谱仪单边干涉图的切趾与相位修正,提出了更为合理和准确的方法.研究发现,合理设置短双边数据在减小仪器的原始数据量的同时,能够保证复原光谱的准确度·

基于多级微镜的傅里叶变换成像光谱仪干涉成像系统分析与设计

为了实现傅里叶变换成像光谱仪的静态化与高通量,提出一种基于多级微镜的时空混合调制成像光谱仪,其干涉系统是利用一个多级微镜代替迈克尔逊干涉仪中的平面镜,其显著特点是无运动部件和限制系统光通量的狭缝,可同时获得目标的干涉图与二维空间图像。该成像光谱仪利用前置成像系统将目标成像到干涉系统的平面镜与多级微镜上,利用多级微镜的结构特点对两成像光束的光程差进行调制,然后通过后置成像系统获得不同干涉级次的目标图像。首先通过对该成像光谱仪干涉系统光谱信噪比的分析,明确了光谱信噪比与图像信噪比之间的关系,确定了多级微镜的特征参数。为了确保每个阶梯面所对应光程差的恒定性,通过对前置成像系统成像过程的分析,确定了前置成像系统像方远心的光路结构;通过对系统视场角与光程差之间关系的分析和计算,确定了前置成像系统的设计指标并完成了光学设计。为了保证后置成像系统不引入额外的光程差,通过对后置成像系统成像特点的分析,确定了后置成像系统双远心的光路结构;通过对系统入射孔径角与阶梯级数之间关系的分析和计算,最终设计出满足系统性能需求的后置成像系统。通过对各单元系统的理论分析与光学设计,为静态化与高通量成像光谱仪的发展提供了一种新的思路。

用于遥感光谱探测的干涉成像光谱技术

由于干涉成像光谱仪具有高通量、高光谱分辨率和光谱多通道等优点 ,成为超光谱分辨率遥感方面的研究热点 ,文章简要分析了国内外的研究现状和干涉成像光谱仪的应用前景 ,主要介绍时间调制型干涉成像光谱仪和基于变形Sagnac干涉仪、双折射棱镜及Savart板等空间调制型的干涉成像光谱仪的形式、原理和特点 ,分析了其光学结构和影响光谱分辨率的因素。

Sagnac干涉仪的几何参量计算

根据空间调制干涉成像光谱仪对视场的要求和小型化目标,通过对分体型Sagnac干涉仪的结构与光路进行分析,研究了Sagnac干涉仪的几何参量与入射光线视场角和孔径之间的关系.推导出满足视场要求的最优化几何参量以及满足横向剪切要求的几何参量修正量,并将其推广到实体型Sagnac干涉仪中,用于指导干涉成像光谱仪的结构设计与优化.

环境减灾-1A卫星空间调制型干涉光谱成像仪技术

介绍了空间调制型干涉光谱成像技术的基本原理,结合为环境与灾害监测测预报小卫星研制的超光谱成像仪总体方案,阐述了该类仪器的主要技术参数设计方法,以及光学、机械、电子、定标和数据复原处理等环节的关键技术,给出了仪器在轨运行获得的部分超光谱数据,以及仪器的应用潜力。

紧凑型空间调制傅里叶变换光谱仪

提出了一种结构简单的紧凑型空间调制傅里叶变换光谱仪 ,它是基于由两块半五角形棱镜构成的环行共光路干涉分光装置和电荷耦合器件 (CCD) ,具有无机械扫描、全谱同时测量、通光能力强、结构性能稳定和制造成本低等优点。给出了这种光谱仪的分光原理、系统结构及实验结果 。

空间调制干涉型阿达玛变换光谱成像仪

简要叙述了色散型阿达玛变换光谱成像仪的原理及仪器构成,指出其存在空间信息与光谱信息的错位和光谱分辨率受阿达玛编码模板码元宽度制约的缺陷。提出空间调制干涉型阿达玛变换光谱成像技术原理及仪器,利用横向剪切干涉仪获得所有阿达玛编码光信息在不同光程差处的干涉信号,对干涉谱进行傅里叶变换和阿达玛变换得到目标的光谱。理论分析表明,干涉图的调制度不受阿达玛模板形状、大小等因素的影响,光谱分辨率与阿达玛模板的尺寸无关,不但避免了色散型阿达玛变换光谱成像仪中空间信息和光谱信息的错位,而且高能量通过率、高空间分辨率和高光谱分辨率成像容易同时实现。

Wollaston棱镜阵列中子棱镜结构角误差分析

Wollaston棱镜阵列中各个子棱镜的结构角间的误差影响着光谱仪的性能。从干涉图的无缝拼接入手,推导了n元Wollaston棱镜阵列的最大光程差公式,以三元Wollaston棱镜阵列为例,分析子棱镜结构角误差对光谱分辨率的影响,通过干涉条纹光强公式构建干涉图样模型,利用Matlab软件编写相关程序,仿真了630 nm单色光的复原光谱,分析结构角误差对光谱的影响。实验结果表明:当子棱镜结构角误差大于10-3数量级时,光谱中将有伪峰出现,为Wollaston棱镜阵列的研制提供了理论依据。

空间调制型干涉光谱成像仪数据压缩方法研究

干涉型光谱成像技术是一种新型的光谱成像技术,近些年来发展迅速。在星载使用时,由于卫星数据传输容量的限制,需要对干涉成像光谱仪获得的原始干涉数据进行压缩,然后经过数据传输,到地面进行解压缩,再进行光谱复原处理,才能交给用户使用,干涉数据的压缩是一项新的技术,国内外很少有专门的文献进行介绍,基于该单位对此技术多年的研究,针对空间调制型干涉光谱成像仪数据的特点,结合环境与灾害监测预报小卫星星座A星超光谱成像仪的数据,提出了一种针对空间调制型干涉成像光谱仪的数据压缩方法,获得了很好的结果。

空间调制干涉超光谱成像仪仿真技术初步研究

在对空间调制干涉超光谱成像仪的原理进行分析的基础上,以能量传输为路径,研究空间调制干涉超光谱成像仪各数据获取环节的仿真算法,初步建立了干涉超光谱成像仪辐射能量传输仿真模型。对仿真模型进行了计算机仿真,仿真干涉图与实际干涉图较吻合,仿真模型构建较正确.

微型傅里叶变换光谱仪的研究进展

傅里叶变换光谱仪由于具有高通量、多通道、高精确度、结构紧凑以及宽光谱范围等优点,可以对气体、液体或固体样品光谱进行十分有效的分析和测量。与体积、重量庞大的大型傅里叶变换光谱仪相比,微型化、轻量化且高精度的傅里叶变换光谱仪在应用上更为便利,是实现医疗检测、化学分析、环境监测以及空间探测等前沿基础研究领域现代化发展的重要仪器设备。介绍了时间调制和空间调制两种类型的微型傅里叶变换光谱仪的结构特点和关键技术,分析了设计与制作微型傅里叶变换光谱仪过程中存在的一些关键问题与难点,并总结了该领域的研究进展和发展趋势。

时空联合调制干涉成像光谱仪的坏像元校正

时空联合调制干涉成像光谱仪通过获取景物目标的干涉图像序列,根据傅里叶变换光谱学理论,复原目标光谱信息。仪器探测器上坏像元的存在会破坏目标干涉图的连续性,造成干涉信息不能正确提取,导致目标反演光谱失真。文章分析了坏像元校正后的精度与不同光程差位置对目标复原光谱的影响,提出了一种基于径向基神经网络的校正方法,方法复杂度低,实现简单。试验结果表明,文章提出的方法与空间维线性插值、双线性插值、邻域均值三种遥感影像常用坏像元校正方法相比,精度有明显改善。

空间调制型全偏振成像系统解调算法优化

针对空间调制型全偏振成像系统中二维傅里叶变换解调算法的优化问题,提出贝塞尔修正的方向选择性二维汉宁切趾优化解调算法,对比分析了不同切趾函数主瓣宽度与旁瓣衰减的特性.相比于传统汉宁窗,该算法旁瓣抑制能力提高了12.89 dB,主瓣宽度为0.065π,同时在频谱滤波过程中对相对位置在对角线方向上频谱信息有良好抑制作用.搭建了基于琼斯矩阵的全偏振成像探测系统,并通过实验进行验证.实验结果表明:经过优化的解调算法全偏振分量的解调精度平均提高了9.48%,验证了优化解调算法的准确性和有效性.

空间调制干涉成像光谱技术

介绍空间调制干涉成像光谱技术，提出基于实体迈克尔逊干涉仪的空间调制干涉成像光谱仪，推导了这种仪器的基本几何参数公式与主要误差容限计算公式，总结了其主要特点。文中还归纳出高通量大视场干涉仪原理模型。

“环境与灾害监测预报小卫星”高光谱成像仪

重点介绍作者为"环境与灾害检测预报小卫星"研制的空间调制型Fourier变换高光谱成像仪,介绍了该类仪器的基本原理和"环境与灾害检测预报小卫星"高光谱成像仪总体方案,详细分析了仪器总体技术参数设计方法以及光学、机械、电子、定标和数据复原处理等环节的关键技术,给出了仪器在轨获得的初步数据结果。

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。