应用于超光谱定标的光谱可调光源光学设计

针对超光谱遥感中,传统定标光源和目标光源光谱精细结构不匹配、精确度量困难,影响定标精度的难题,提出了一种基于数字微镜器件和光谱仪结构的新型光谱可调光源,并设计了该光源的光学系统。详细描述了这种光源系统的工作原理,确定了光学系统的设计方案,计算了系统的结构参数,并说明了具体的设计过程。设计结果表明:在0.4~1.0 m 的设计波段上,光学系统整体性能接近衍射极限,各波长点列图RMS 半径小于3.5 m,各波长MTFs 在37 lp/mm 空间频率处都达到0.8 左右,满足设计要求。这种新型的光谱可调光源,有望提高目标光谱精细结构模拟的准确度,可利用基于标准探测器的方法进行精确度量,有利于降低超光谱遥感仪的定标不确定度。     

基于空间光调制器的光谱可调光源定标

基于空间光调制器的光谱可调光源是一种新型的定标光源,旨在实现定标光源与观测场景光谱匹配的定标新模式,进一步提高光谱定标和辐射定标精度。针对空间光调制器非光敏的特点以及这种新型光源特殊的工作模式,采用“激光光源+光谱仪”进行了光谱预定标和光谱精细定标,采用“标准灯-参考板+光谱仪”进行了辐射定标,实现了对该光源系统470~945 nm范围的光谱及辐射定标。不确定度分析结果表明,波长定标的不确定度优于0.2 nm,辐射定标的不确定度优于3.1%（k=1）。     

等能光谱分布定标光源

为了减小定标光源对空间光学遥感器定标系数的 影响,设计了一种基于积分球混光的等能光谱分布定标光源; 采用设计的光源模拟不同亮度的等能光谱用于遥感器的实验室绝对辐射定标,得到的定标系 数是遥感器光学系统、探测器和电子 学系统自身响应特性的客观度量。首先,理论分析了等能光谱分布定标光源用于遥感器 绝对辐射定标精度的机理;然后 解决了研制等能光谱分布定标光源的3项关键技术:积分球辐射特性仿真与结构设计、等能 光谱分布定标光源驱动控制系统以 及等能光谱匹配技术;最后对标定后的光源进行了性能测试,结果表明,在水平方向上,± 30°内辐射亮度角度非均匀度为0.80%,出光 口的辐照度非均匀度为0.53%,400~900nm波 段3个辐亮度等级10W/(m²·sr)、20W/(m²·sr)和30W/(m ²·sr)的光谱匹配 误差分别为5.45%、4.68%和6.37%,增加400~600nm波 段的LED种类将会降低光谱匹配误差。     

超连续激光单色仪系统级光谱响应度定标比对验证

细分光谱扫描定标技术是实现遥感器高精度光谱辐射定标的重要方式,基于超连续激光单色仪的定标装置是实现遥感器细分扫描定标的新选择。为验证所建立的超连续激光单色仪装置的系统级定标能力,利用硅辐亮度计和滤光片辐射计,分别采用超连续激光单色仪定标装置和可调谐激光定标装置对其进行了系统级绝对光谱响应度定标比对验证。实验结果表明:在所验证波段范围内,两种定标装置获得的硅辐亮度计绝对光谱响应度系统级定标结果最大偏差为0.6%。通道式滤光片辐射计的带内绝对光谱响应度定标结果最大偏差优于0.4%,带内积分响应度最大偏差约0.1%。文中的研究验证了超连续激光单色仪定标装置具有良好的系统级定标能力,能够获得较高的定标精度,在遥感器的绝对光谱响应度定标中具有重要应用前景。     

推帚式高光谱成像仪光谱定标及精度控制研究

高光谱成像仪的光谱定标是为了确定仪器各波段中心波长和光谱分辨率,是获取地物光谱信息的必要条件。高光谱成像技术取得较快发展的同时,它的光谱分辨率也越来越高,这必然要求光谱定标的精度更高。文中从单色仪对定标精度影响出发,研究得到光源辐射强度包络对精度的影响可以达到0.12 nm以上,这对于定标精度要求很高的高光谱成像仪来说不可忽略。根据不同波长处包络的影响我们对中心波长精度进行了改善。通过实验得出波段210~228之间的中心波长精度提高了0.2 nm左右,约占总波段数的11%,波段165~209之间的中心波长精度提高了0.12 nm左右,约占总波段的24%。     

场地自动化定标技术进展

场地自动化替代定标是光学遥感卫星定标发展的新方向。自动化定标通过在场地布设无人值守的全自动观测仪器获取地面和大气光学参数,实施对卫星遥感器的高频次定标,从而提升定标精度。论文分析了自动化定标的方法和技术发展现状,针对自动定标的应用需求,提出了自动化定标设备的设计方案和关键技术,讨论了自动化定标的未来发展前景。     

超连续谱激光-单色仪在偏振遥感器定标中的影响因素分析

偏振遥感器的相对光谱响应度和带内光谱响应非一致性是遥感器实验室定标的基本参数。文中利用新型的超连续谱激光作为单色仪的前置照明光源,搭建了一套基于超连续谱激光-单色仪的细分光谱扫描定标装置,可用于偏振遥感器的相对光谱响应度定标。实验中以490 、670、910 nm三个偏振通道作为例,分别在单色仪直接输出光和单色光导入积分球两种状态下,得到通道式偏振遥感器的相对光谱响应度结果,并对两种状态下定标光源的偏振特性进行了测量。实验结果表明,单色仪直接输出光模式下,光源存在明显的偏振度和偏振方位角变化,三个偏振通道的带内光谱响应非一致性分别为0.91%、4.25%和1.06%;而在单色光导入积分球后,光源的偏振度明显降低,此时带内光谱响应非一致性结果分别为0.15%、0.47%和0.57%,说明消偏后的光源能有效适用偏振遥感器的光谱响应度定标,基于超连续谱激光-单色仪的系统级定标装置在偏振遥感器的定标中具有广泛应用前景。     

温室气体监测仪星上光谱定标及不确定度分析

大气主要温室气体监测仪(greenhouse gases monitoring instrument, GMI)采用空间外差干涉技术,能有效探测759~2058 nm波段大气高分辨率吸收光谱信息。星上定标是GMI光谱图像数据定量化应用的基础,在阐述了GMI成像和光谱定标原理的基础上,探讨了星上光谱定标方法,确定了外部光源特征谱线法的星上光谱定标方案。通过对模拟数据的计算,进一步分析了定标不确定度,得出星上光谱定标不确定度为0.030 nm。定标结果显示定标不确定度主要受定标光源不确定度,以及回归不确定度影响,该方法满足仪器的定标要求,为大气主要温室气体的定量化反演提供了依据。     

遥感中的高光谱技术及应用

简要介绍了高光谱的概念、高光谱成像光谱技术及其相关的定标技术,并介绍了有关领域中高光谱的应用,据此反映高光谱技术在遥感中的重要作用。     

高精度智能化可见/近红外积分球辐射定标装置

设计了由硅光电探测器作为反馈元件,采用DSP控制主光源开口处电动可调光阑大小,实现输出光谱辐亮度值连续可调的高精度程控化可见/近红外波段积分球辐射定标装置。经过理论设计和计算,在该装置内放置挡屏,保证了出射口处输出光谱辐亮度值的均匀性。使用PR-655高精度扫描式亮度计测量出该装置的最大输出光谱辐亮度值为23 061 cd/m2;在直径150 mm范围内的光谱辐亮度值的非均匀性为1.04%;输出光谱辐射亮度值的稳定性为0.8%。实验结果表明:该装置完全可以满足可见/近红外光学遥感仪器的地面辐射定标需要,并可实现智能程控化控制,提高了定标测试精度。     

光纤耦合技术的星图模拟技术研究

针对深空导航敏感器的地面标定对多星等、高星等的技术要求,提出一种基于光纤耦合技术的星图模拟新方法,创新性的运用了OLED面光源和光纤耦合机构配合高精密靶标的技术来模拟星图.结合所设计星图模拟器指标,重点对光纤面光源耦合和OLED面光源亮度双调制技术进行了深入研究,分析了光纤面光源的耦合技术的关键条件,为实现较高的光耦合效率,选择数值孔径为0.6的大芯径聚合物光纤(POF)与自聚焦透镜组成耦合机构,设计结果表明聚光斑100 m,纤芯轴向光能量利用率大于80%;所研究的面光源双调制技术在星等模拟中的设计结果说明:该技术可解决单一的电气灰度调制或空间灰度调制无法实现5~10等星精确模拟的的技术难题.     

Radiometric calibration of hyper-spectral imaging spectrometer based on optimizing multi-spectral band selection

Hyper-spectral imaging spectrometer has high spatial and spectral resolution. Its radiometric calibration needs the knowledge of the sources used with high spectral resolution. In order to satisfy the requirement of source, an on-orbit radiometric calibration method is designed in this paper. This chain is based on the spectral inversion accuracy of the calibration light source. We compile the genetic algorithm progress which is used to optimize the channel design of the transfer radiometer and consider the degradation of the halogen lamp, thus realizing the high accuracy inversion of spectral curve in the whole working time. The experimental results show the average root mean squared error is 0.396%, the maximum root mean squared error is 0.448%, and the relative errors at all wavelengths are within 1% in the spectral range from 500 nm to 900 nm during 100 h operating time. The design lays a foundation for the high accuracy calibration of imaging spectrometer.     

基于靶标辐射元的IR-JST温度反演方法研究

红外成像干扰模拟靶标(JST)用以在红外成像导引系统(IRIGS)抗干扰性能测试中为IRIGS提供干扰源,目前普遍采用的数字仿真法受仿真精度的制约不能准确的模拟各类干扰源,为此本文提出了一种基于热电器件阵列的红外成像干扰模拟靶标生成方法。但是实验中发现在热像仪温度反演过程中,利用传统的黑体定标方法将引入发射率补偿误差,并且随着工作时间的增加,热像仪发生温度漂移现象,严重的影响了热像仪温度反演精度。针对以上问题,提出了一种基于靶标敏感单元的热像仪标定方法及漂移补偿算法,实验结果表明,该方法能够使热像仪温度反演误差由7℃降低至0.5℃。     

一种新的阵元互耦有源校正算法

阵元间互耦会严重影响阵列的测向性能。文章基于子空间类测向方法,在远场情况下,提出了一种新的阵元互耦有源校正算法。文中的算法是以迭代的形式给出,其目标函数建立在信号子空间性质的基础上,并且适用于多个校正源同时存在的情况。计算机仿真验证了它的有效性,而且可推广至校正源方位估计存在偏差的情况。     

一种基于LED的光谱可调光源

介绍了一种光谱可调光源。该光源可以用来实现各种各样的光谱功率分布。一个光谱可调光源系统的具体设计包括成千上万个高功率LED,其波段可覆盖整个可见光光谱。光谱可调光源具有极大的现实意义,它除了可以对光学遥感器进行定标之外,还可以用于光度计和辐射度计的检测校准。通过模拟不同的光照条件,可以对材料特性及物体反射率进行评估。另外,该光源也可用于展示。     

光谱可调谐式高分辨率光学载荷校准技术

基于对高分辨率光学载荷测试设备开展现场计量和校准的迫切需求,建立一套光谱可调谐式高分辨率光学载荷校准装置,该装置中光谱可调谐光源可以发出300~800 nm范围内任意光谱分布的光能,再通过空间调制系统形成无穷远处的具有特定光谱分布的清晰目标,实现高分辨率光学载荷光谱参数校准、辐射参数校准和成像性能参数校准。校准装置的光谱辐亮度校准范围为6.5410-4~3.1410-1 Wsrm-2nm-1,空间分辨率校准精度为0.059 mrad,视场角校准范围为13'30,光谱辐亮度响应非均匀性校准精度为0.39%。主要介绍了校准装置的基本原理、结构组成等,并给出了详细的测试结果。由此可见,该光学载荷校准装置具有光谱任意调制、可拓展性强、高分辨率的优点。     

LED特定光谱照明在植物生长中的应用

本文公开了一种用于植物生长的特定光谱模拟照明装置及模拟方法,突破了单光源设计思路,设计基于LED组合的六边形可扩展光源阵列,通过单片机控制和采用电感式开关稳流电源实现受控供电．采用单色标定方法确定光源构型参数,利用最小二乘非线性曲线拟合实现了对特定光谱的模拟。装置具有”模拟特定光谱、轻小可靠高效、便于扩展、通用性强”的优点。仿真试验结果表明,本方法可以有针对性地灵活模拟特定生物的可见光吸收光谱,解决了生物培养中如何高效灵活给光的技术难题,为生物科学研究、特殊环境生物培养和保鲜等提供了新的技术手段。