航空多角度偏振辐射计的偏振定标

研究了航空多角度偏振辐射计的辐射定标方法,以消除其自身引入的偏振效应,提高偏振辐射计的测量精度.首先,根据引入仪器偏振效应的主要因素推导了含定标系数的仪器探测方程,由仪器在0°和90°两个状态下对同一信号的探测方程求解了定标系数表达式,并设计了仪器分别处于两个状态下获取信号、求解定标系数的定标方法.最后,分别针对非偏振光源和完全线偏振光源的测试数据求解了所有的定标系数,使用可调偏振度光源验证了偏振定标结果.结果显示,该仪器偏振测量精度不低于o.5％,满足仪器精度指标要求.     

多通道型偏振成像仪的偏振定标

为了解决多通道型偏振成像仪的偏振定标问题,提出了一种基于积分球无偏光源的偏振定标方法。通过研究偏振光束与光学器件的相互作用,推导出多通道型偏振成像仪的矢量辐射传输模型,确定了需要标定的参数。运用无偏光源标定系统的偏振效应,基于矢量辐射传输模型对中心视场绝对辐射定标系数、光学镜头起偏度和系统低频相对透过率等关键参数进行了标定,通过分析标定结果求解了系统全视场的穆勒矩阵。最后,使用可调偏振度光源验证了仪器典型视场的偏振定标精度。研究结果表明,基于无偏光源的偏振定标方法可以有效提高多通道型偏振成像仪的偏振定标效率;经偏振定标后仪器在目标偏振度低于20%时的偏振测量误差小于1%,满足大气气溶胶测量精度的要求。     

利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计

基于内部照明积分球的辐亮度定标方法,获得了接近理想的大面积辐亮度光源(~2%),标定了在研的空间紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。在假设标准灯为均匀亮度的点光源情况下,对照明因子进行了修正。同时利用两种漫反射板对此修正进行了实验研究,得到了采用两种漫反射板标定的光谱辐射计亮度响应度有很好的一致性(1%)的结论。初步的定标数据分析显示,石英卤钨灯光谱辐照度测量的相对不确定度和距离测量的不确定度是积分球定标最主要的不确定度来源,可用于紫外波段光谱辐射计的高精度辐射定标,并可以极大地降低定标不确定度。     

航空多角度偏振辐射计信噪比估算与测量

为精确评估航空多角度偏振辐射计的性能,分析了航空多角度偏振辐射计的信号与噪声,给出了估算其探测器信噪比的过程。介绍了航空多角度偏振辐射计的工作原理,推导了探测器信噪比与系统信噪比的估算表达式。结果显示:系统信噪比与强度信噪比成正比,探测器信噪比需求与偏振探测精度成反比,航空多角度偏振辐射计的探测器信噪比应不小于245,得到的结果弥补了一直以来偏振遥感仪器只计算探测器信噪比的不足。最后,根据推导的表达式,通过矢量传输模拟估算了用航空多角度偏振辐射计探测典型场景时的探测器信噪比与系统信噪比,并在暗室中利用积分球与偏振盒进行了测量。结果表明,航空多角度偏振辐射计各个探测器的信噪比均满足偏振探测的需求。     

基于支持向量机预测偏振模式

基于多光谱多角度偏振辐射探测研究了大气偏振模式预测方法。首先,介绍了航空多角度偏振辐射计的探测原理与支持向量机回归算法;然后,从矢量传输模型出发,说明大气状况不变时,偏振模式主要取决于地表特征与观测几何,并介绍了观测几何与姿态之间的关系以及地表特征的表达形式;最后,在考虑平台姿态与地表特征的情况下,利用支持向量机回归算法预测了航空多角度偏振辐射计的探测偏振度,并对预测与实际试验探测的偏振度进行了比较。结果显示:偏振度预测误差小于1%,影响模型精度的主要因素不是姿态变化本身,而是姿态改变造成的观测地表特性变化。     

外部导入激光的积分球辐射源的研制

为了满足光谱辐射遥感器的定标需求,研制了一种新型的外部导人激光的积分球辐射源.这种积分球辐射源不仅完全满足辐亮度响应度定标对定标光源的要求,而且可以对高光谱、超光谱仪器的光谱辐射响应度进行精细扫描.通过导入单波长激光对积分球辐射源的基本辐射特性进行了研究,测试结果表明,这种积分球辐射源的辐亮度非稳定性在0.5 h内为0.09%;平面非均匀性在积分球出口中心Ф63 mm内为0.16%;±22范围在水平面内和垂直面内的角度非均匀性分别为1.8%和0.7%.由于其具有光谱辐通量高、单色性好、波长准确性高、可宽波段调谐等优点,可以在辐亮度模式下直接标定仪器的光谱辐亮度响应度.     

外部导入激光的积分球辐射源研制和特性研究

为了满足近年来迅速发展的光谱辐射遥感器的定标需求,我们研制了一种新型的外部导入激光的积分球辐射源。这种积分球辐射源不仅完全满足辐亮度响应度定标对定标光源的要求,而且可以对高光谱、超光谱仪器的光谱辐射响应度进行精细扫描。我们首先导入单波长激光对积分球辐射源的基本辐射特性进行了研究,包括辐亮度非稳定性、平面非均匀性和角度非均匀性。特性测试结果表明,这种新型的利用激光的积分球辐射源的各种特性与传统的灯照明积分球辐射源在同一水平内。由于其具有光谱辐通量高、单色性好、波长准确性高、可宽波段调谐等优点,有着广泛的应用前景     

微偏振片阵列红外成像非均匀性产生机理及其校正

集成微偏振片阵列红外成像系统的偏振度图像对非均匀性高度敏感,不经非均匀校正的偏振度图像存在较大误差。为了校正微偏振片阵列红外成像的非均匀性,以入射光Stokes矢量形式,建立了光电转换基本过程的偏振像素模型,基于入射激励和辐射响应数据,分析了微偏振阵列与红外焦面联合作用下非均匀性产生机理。提出一种基于多次辐射测量的矩阵形式的非均匀性校正方法,该方法通过构造多组测量方程,求解偏振像元的增益矢量,由相邻四像元增益矢量组成超级像元的增益矩阵,结合Stokes矢量提取矩阵,逆向求解重构点的校正矩阵。实验数据表明:该方法比两点法降低非均匀性约5%~20%,有效改善红外偏振度图像质量。     

成像光谱仪辐射定标影响量的测量链与不确定度

分析了成像光谱仪遥感观测数据中包含的地物光谱特征、仪器参数和大气传输特性等的信息结构。研究了成像光谱仪辐射定标的物理过程和测量链,应用1993年国际标准化组织(ISO)颁布的《测量不确定度表示指南》,分析了辐射定标11项影响量的测量不确定度和合成标准不确定度。遥感辐射定标的绝对精度就是不确定度。辐射定标需要辐射标准、积分球光源、光谱辐射计以及遥感器上设置星上定标装置等专用设备和技术,并经过多级测量链的测试过程才能完成。光谱辐照度标准的不确定度在3%~5%,辐射定标中其它影响量的测量不确定度限制在1%~2%,成像光谱仪辐射定标的绝对精度才能达到5%~8%,这需要相当好的仪器设备和光辐射测试技术。     

遥感图像双角度偏振大气校正仪

研制了一种双角度偏振大气校正仪航空样机用于卫星遥感图像数据的定量化。该仪器通过时间同步和空间覆盖的探测方式获取被校正图像对应的角度、光谱、偏振三个维度的大气信息,实现气溶胶和水汽的高精度参数的反演;将反演获取的大气参数作为输入条件,利用辐射传输模型进行遥感图像的高精度大气校正。仪器采用天底(0°)和前向(55°)两个方向观测,具有8个探测波段,覆盖可见到短波红外(0.49~2.25μm)波段,其中5个波段具备偏振探测能力;采用高精度一体化结构设计保证各偏振探测通道的视场重合精度,降低偏振探测目标不一致引起的偏振测量误差。实验室定标和测试结果表明,偏振波段的视场重合度优于95%,偏振测量精度优于1%(偏振度DoLP=0.3),满足仪器设计指标要求。     

基于像素级偏振相机的超像素校正

针对像素级偏振相机中偏振片单元由于刻划精度和透过率的差异导致偏振片阵列的非均匀性,提出了一种带有角度约束的最小二乘超像素校正方法。建立了带有角度约束的校正优化算法的数学模型,加入了超像素的标量增益和暗补偿参数。最后,搭建了以微偏振片为核心的积分球标定系统,进行了仿真实验和成像实验。结果表明:与最小二乘法相比,本文算法在有效地校正偏振度和非均匀性的同时也校正了超像素内振幅的非均匀性,重建角度的准确度提高了10%。经过插值处理后,边缘表现更为明显,有效减少了插值过程中所产生的噪声,提升了成像质量。     

线阵CDD光电参量测试系统的研究

讨论了线阵CCD光电参量测试系统的标定、调试以及CCD光电量的测量方法。重点进行了以下几个方面的讨论:积分球光源色温标定原理、方法及结果验证;线阵CCD光电参量测试系统的调试与标定(用标准探测器标定辐照度,用标准探测器标定参考探测器,用参考探测器标定辐照度,积分球出射光均匀性校正);线阵CCD各光电参量测量方法及计算程序.     

提高杂光系数测量用积分球装置中照明均匀性的理论分析与实验

本文从积分球的基本理论出发,作一些简化和近似,分析了改进杂光系数与像面照度分布测量用积分球装置照明均匀性的途径,并结合研制ZG—2型杂光测定仪的具体实践,进行了实验和讨论。结果表明,使照明光源朗伯化是最重要的解决办法。由此,在直径1.6m的积分球内,半球上面的亮度均匀性偏差可小于±3%,远优于国际标准草案的要求。     

氙灯和发光二极管作光源的积分球太阳光谱模拟器

设计了一种由氙灯和发光二极管(LEDs)作光源的积分球太阳光谱模拟器来提高太阳光谱的光谱匹配精度.引进模拟退火算法研究光谱匹配技术,设计了氙灯模块及LEDs模块的结构和控制系统.LEDs采用环带摆放和恒流驱动方式,并通过多机通信系统控制.氙灯模块上安装截止滤光片和程控衰减器,滤光片用来滤去氙灯红外波段的尖峰,衰减器则用来调整氙灯入射到积分球的辐射通量.仿真实验表明:Epitex公司的53种单色LEDs和氙灯完全可以模拟380～1000 nm波段的AM 1.5标准太阳光谱,光谱的平均相对误差为5.67％.分析讨论了该太阳光谱模拟器的光谱失配误差、出光面的辐照非均匀度和辐照不稳定度,三者均可以控制在±3％以内.     

分时偏振光谱测量系统的起偏效应校正

针对实验室偏振光谱测量系统短波红外起偏效应大、测量偏差大的问题,建立了系统目标斯托克斯校正模型,提出了该模型中相关系数的测量方法,从而实现了系统偏振效应的精密校正。首先分析了实验室常用的低成本分时偏振光谱测量系统存在的主要问题及起偏效应的来源。然后根据偏振传输理论,将系统中起偏效应较大的波谱仪等效为检偏系统,建立了目标偏振信息的校正模型,并通过与理想模型的对比验证了模型的正确性。最后针对本测量设备,为提高校正系数的测量精度,在解析法的基础上提出了一种更精确的拟合法。实验结果表明,本方法的校正精度高于0.5%,满足实验室中对目标偏振信息处理的精度要求,对偏振光谱测量系统的研制和标定具有指导意义。     

可在轨溯源的太阳反射波段光学遥感仪器辐射定标基准传递链路

分析了现行光学遥感仪器辐射定标方法的局限性,以满足定量化遥感的精度及多数据融合比对研究的需求。设计了以空间低温辐射计为初级辐射基准,以太阳为光源,包括太阳单色仪、太阳光谱仪、传递辐射计、太阳漫反射板等组件在内的可在轨溯源的光学遥感仪器辐射定标基准传递链路。首先以低温辐射计和太阳光源建立的光谱辐射基准定标传递辐射计和太阳光谱仪;然后利用传递辐射计定标太阳漫反射板,建立对地光谱辐亮度基准;继而将基准传递至地球光谱成像仪作为对地观测标准,从而实现对其它卫星光学遥感器的交叉定标。对光学遥感仪器辐射定标基准传递链路各个环节的分析显示,辐射定标基准传递链路的测量相对不确定度为0.75%。结果表明,以此辐射基准传递链路构建覆盖我国空天一体的遥感定标网络可为建立平行于地面基准体系的空间数据质量保障体系奠定技术基础。     

曲面透明件雾度和透光率实时测试仪

为了实现大型曲面透明件雾度和透光率的实时测量,设计了一种由LED作为光源、双积分球作为信号测量端的雾度和透光率测试仪。在系统工作原理上完成了透光率和雾度的理论推导,然后进行了光源光谱分布对系统测试结果影响的仿真分析,光学设计,积分球参数设计以及支撑调整机构设计,提高了系统的测试精度和效率。最后,对大型曲面透明件雾度和透光率实时测试仪进行标定和样品测试。测试结果表明:标准雾度片的透过率绝对误差均小于0.4%,雾度绝对误差均小于0.3%,用户提供样品的透过率测量值与理论计算值的偏差亦小于0.4%,满足用户要求。