光学有效载荷高精度绝对辐射定标技术研究

随着多波段、多平台、高光谱分辨率遥感仪器的迅速发展,要求光谱辐射定标技术具有前所未有的高精度和长期测量稳定性。目前,传统辐射定标方法的精度已逐渐难以满足定量遥感应用的需求。本文提出了一种新型基于辐亮度标准探测器的高精度光谱辐射定标先进方法和技术,由于该方法可直接溯源至低温绝对辐射计,其绝对精度和长期稳定性优于传统的基于标准光源法,是提高中国目前光学遥感器实验室、星上和场地替代定标精度的有效途径。该方法已两次成功应用于中国“FY-2”气象卫星04和05星发射前外场定标,实际应用效果表明,它能够有效提高中国卫星遥感器的外场定标精度,对改善中国当前卫星遥感器各阶段定标精度,具有潜在的应用价值。

金属表面粗糙度对热红外偏振特性影响研究

根据热红外偏振的原理和探测方法,利用一种热红外偏振探测系统分别研究了铝质和钢质金属板热红外偏振度和其表面粗糙度之间的关系.金属板的表面粗糙度通过喷砂和刨床加工控制.实验结果分析表明:在观测角较小时,喷砂方式处理的金属目标板,粗糙度对它们的热红外偏振度影响较小;而刨床加工的金属目标板,粗糙度对它们的热红外偏振度影响较大.在观测角较大时,无论经过何种加工方式处理表面的金属目标板,都遵循表面越是光滑其热红外偏振度越大的规律.

空间外差光谱技术实验研究

空间外差光谱技术是一种可实现超光谱分辨率的新型光谱分析技术,该技术综合光栅与FTS技术于一体。介绍了空间外差光谱仪基本原理以及系统光学结构,并对其性能进行了分析讨论。以实验室搭台的方式建立了空间外差光谱仪原理试验装置;经检测,装置在591nm波段的光谱分辨能力达17700,光谱范围为17nm。在原理试验装置上进行了激光、连续光谱、Hg双线和Na双线光源的空间外差光谱实验。实验结果显示了空间外差光谱技术在超高光谱分辨率探测的能力。

高精度中远红外辐射定标技术研究

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术之一。从我国空间红外传感器的发展要求出发,结合国外基于绝对低温辐射计的红外辐射定标技术研究状况,提出了利用宽波段可调谐激光器和球状InSb、HgCdTe光电探测器以及薄膜热电堆探测器TS-76来实现高精度中远红外辐射定标的技术方案。

测量太阳辐射连续谱的方法研究

测量太阳辐射在遥感研究特别是大气遥感研究中有着重要作用。而目前所用的此类测量仪器大都是通道式的,只能提供几个固定波段的信息,信息量很有限;本文介绍一种测量太阳辐射准连续谱的方法,它能提供光谱范围从360-1060nm连续的太阳辐射光谱数据,为应用研究提供更多的光谱信息。

利用半球空间反射比实现色度特性计算的方法研究

我们研制的ISI2000NV反射比/色差测量系统是兼有测量物体的光谱反射比特性及其色度特性两大功能的系统。它利用其内置的光谱仪可测得可见-近红外波段反射物体的半球空间的反射比,继而可反演出物体的色度特性。本文就后一功能在实现原理及计算方法上加以描述。

金属板热红外偏振的方向特性研究

热红外偏振探测有利于从背景中识别金属目标。通过分析热红外偏振探测方法,根据现有条件研制了一种热红外成像偏振探测仪。利用该系统,研究了金属板热红外偏振度和观测角之间的关系。实验中采用的金属板分别为铝质和钢质,表面都进行了抛光处理。实验结果表明,金属目标板热红外偏振度和其自身的热辐射亮温值没有直接的关系。在观测角大于20°时,随着观测角度的增大,金属目标板热红外偏振度的数值也增大。但在观测角小于20°时测量,金属目标板热红外偏振度和观测角之间的关系并不遵循上述原则。

光谱非匹配对光学遥感器定标精度的影响

介绍了光学遥感器定标过程中定标光源与待观测目标的光谱非匹配对遥感器测量精度的影响。通过数值模拟计算,定量分析了光谱非匹配所产生的测量相对误差及其与遥感器光谱带宽的关系。结果表明,对于20 nm以内的分光谱光学遥感器,光谱非匹配对测量精度的影响基本可以忽略;而对中低光谱分辨或全色光学遥感器,在带宽为300 nm时,光谱非匹配造成测量相对误差可达7.9%。因此,采用光谱匹配的定标光源是非常必要的。

面向定量化红外遥感的热电堆探测器定标技术

从红外遥感信息定量化的发展要求出发,分析了测辐射热计、热电堆探测器和热释电探测器的响应特性,选择薄膜热电堆探测器TS-76作为传递标准探测器。搭建高精度光谱响应率定标系统,使用宽波段可调谐激光器和绝对低温辐射计对TS-76探测器的线性、空间均匀性以及重复性进行了标定。按照国际通用不确定度评估规范,对光谱响应率测量结果进行不确定度分析和评估,联合不确定度小于1.5%,并根据实验结果提出实现高精度中远红外辐射定标的技术方案,证明基于热电堆探测器的红外辐射定标技术可以有效缩短标准传递的链路,提高定标的精度。

热红外偏振成像技术在目标识别中的实验研究

简要分析了热红外偏振探测与热红外强度探测在物理含义方面的区别,由此提出了一种利用偏振信息在红外图像中识别目标的新方法。通过热红外偏振成像系统获得了目标的偏振图像,并由计算机提取出了图像中的偏振信息。由于目标与自然背景的热红外偏振特性有较大的差异,所以通过分析这些信息,可以更好的识别目标。实验结果表明,该方法不仅可以很好地识别自然背景中的人造目标,而且对热红外伪装目标的识别也很有效。

利用热红外偏振成像技术识别伪装目标

介绍了热红外偏振测量的原理,采用利用偏振信息在红外图像中识别伪装遮障的方法研制了一台热红外偏振成像仪,编写了偏振信息分析软件。利用该系统对地物背景(土壤)中的不同种类金属目标板及红外伪装遮障进行了热红外偏振成像探测实验。结果表明:在利用热红外偏振探测系统获得的Stokes矢量图中,地物背景、金属目标板及红外伪装遮障的热红外偏振特性各不相同,并且和其红外辐射强度无关,相对红外强度探测更容易从地物背景中识别出金属目标板及红外伪装遮障。

可见-近红外（488～944nm）基于低温辐射计的高精度光辐射绝对定标研究

报道了可见-近红外波段(488～944 nm)基于低温辐射计的光谱辐射功率定标和标准传递实验和研究,并对测量结果的各个不确定因素进行了测量和分析.首先低温辐射计采用电替代方法测量单个波长激光绝对光功率,测量不确定度低于0.016%.然后利用低温辐射计定标作为标准传递探测器的硅陷阱探测器,从而建立可见-近红外波段陷阱探测器的绝对光谱响应率标准,其不确定度小于0.028%.结果证明了在此波段以探测器为基础建立和传递高精度光辐射标准的合理性和可行性.

LED的光谱分布可调光源的设计

介绍了一种光谱分布可调光源的设计,该光源由积分球和大量不同颜色的LED组成。在可见波段,这种光源能产生不同光谱曲线,可以模拟很多不同光源的光谱分布。该项设计通过仿真使光源的光谱分布模拟目标光源的光谱分布,并设计了电源控制箱精确地控制每个LED模块。光源的面非均匀性为0.53%,角度特性在±10°以内,最大偏差为0.77%。这种新型光源在光辐射测量中可以作为一种传递标准。

多角度测量系统实现室外BRDF测量

为了实现室外BRDF的准确测量,设计了多角度测量系统。测量系统包括一台自动测量架和两台ASD(Analytical Spectral Devices)公司生产的野外型光谱仪,光谱仪的光谱分辨率为3nm,一台光谱仪固定在测量架平台上测量目标各方向反射,另一台光谱仪放置在地面上同时测量漫反射板反射。应用该系统进行了室外草地的测量实验,测量整个周期(66个方向点)用时10min,测量主平面(间隔5°,共31个方向点)用时2.5min。测量结果显示目标的反射为非朗伯性,并在主平面的反射方向性最强烈。

高光谱短波红外地物光谱仪的光机设计

基于平场凹面光栅分光和线列阵探测器探测的最新设计方案，进行了短波红外波段地物光谱仪的光机设计。仪器采用光纤导光，两个独立单元分别探测，最大限度地简化了光学及结构设计。更换前置光学系统改变探测视场，视场内的辐射经过前置光学系统均匀地照亮入射光纤，保证了两探测单元的视场相同。根据入射光通量、光谱分辨率和狭缝的关系确定入射狭缝的大小，仪器光谱覆盖900～2400nm，光谱分辨率优于12nm，适合野外短波红外波段的探测。

自构造RBF神经网络及其参数优化

径向基函数神经网络的构造需要确定每个RBF的中心、宽度和数目。该文利用改进的聚类算法自动构造RBFN,考虑样本的类别属性,根据样本分布自动计算RBF的中心和宽度,并确定RBF的数目。所有的网络参数采用非线性优化算法来优化。通过IRIS分类问题和混沌时间序列预测评价自构建RBFN的性能,验证参数优化效果。结果表明,自构造RBFN不但能够自动确定网络结构,而且具有良好的模式分类和函数逼近能力。通过对网络参数的非线性优化,该算法明显改善了网络性能。

近红外高精度光辐射标准探测器的实验研究

在594nm和785nm两个波长上,用以低温辐射计标定过的陷阱探测器作为基准,对两个响应未知的陷阱探测器进行了绝对标准的传递。为此建立了一种辐射定标的新型测量光路,估算和分析了在光路调整时影响测量精度的关键环节,其中包括光功率传输效率以及光路色散效应的影响。分析了在传递过程中各主要环节的不确定度,总传递不确定度小于0 045%。

大口径积分球方向辐射特性自动测试系统

研制了一套全自动测量系统,快速、高精度地检测了大口径积分球的方向辐射特性。该测量系统由扫描机构、陷阱探测器和总控系统组成,总控系统控制安装有陷阱探测器的扫描机构按设定的位置进行位移,并控制数据采集器进行数据采集,最后完成数据显示、分析及保存。该系统面均匀性扫描范围为1m×1m,角度特性扫描范围为±60°。利用该测量系统对自行研制的2.5m直径积分球进行了测量,实现了全自动控制,证实了该测量系统测量速度快,测量精度高,得到该积分球的面均匀性为0.19%,在±45°范围内朗伯最大偏移为1.03%,水平方向角度特性为0.0103,垂直方向角度特性为0.0068。该系统已成功用于国内多个大口径积分球的测量,获得了满意的测试结果。

基于低温辐射计的InGaAs陷阱探测器高精度光辐射定标研究

介绍了以InGaAs陷阱探测器作为传递探测器,基于低温辐射计的高精度光辐射定标和标准传递实验与研究。在红外(944-1589nm)三个波长初步给出了InGaAs陷阱探测器绝对光谱响应率定标结果。InGaAs陷阱探测器绝对光谱响应率的联合不确定最大为0.655%,最小为0.026%。

红外探测器光谱响应率定标方法

采用新的方法对波长范围1～3μm的红外探测器绝对光谱响应率进行定标。红外探测器的光谱响应率定标是在两套定标系统上利用两种参考探测器实现的。首先在红外光谱比较系统上利用一个平响应的腔式热电堆探测器作为参考探测器,测量待测红外探测器相对于标准探测器的连续光谱响应率;然后在可见-近红外定标系统上,利用低温辐射计和激光器在几个单立波长上进行绝对光谱响应率测量。这样,通过计算就能得出待测红外探测器在每个波长上的绝对光谱响应率。采用上述方法对TS-76探测器进行光谱响应率定标,联合不确定度小于0.95%。