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。     

基于过程控制的机载高光谱定标光源的快速稳定恒流源研制

定标光源的稳定性及稳定速度直接影响机载高光谱仪光谱辐射定标的准确性和效率。为实现定标光源的快速稳定,提出并设计了基于数字过程控制的恒流源快速稳定调节方法和系统。该快速稳定恒流源系统,在场效应管恒流源的基础上,加入数字过程控制环节,弥补场效应管恒流源反馈振荡调节及系统热稳定时间长的不足。快速稳定调节方法分为能够快速产生热量的大预置值启动快速预热、减小过冲振荡现象的缓冲快稳和输出稳定电流的模拟闭环稳流三阶段。快速稳定恒流源与场效应管恒流源对比实验表明:输出1 500.00 mA电流,纹波系数达到1?的时间由670 s缩短到66 s;作为标准光源中卤钨灯的驱动电路,上电2 min后连续测量20 min获得的400～2 500 nm光谱数据全谱平均基线漂移由0.5%降低到0.06%。     

单色仪与成像光谱仪的交互光谱定标

为了提高成像光谱仪的光谱定标精度,降低定标过程的复杂度,本文基于单色仪扫描定标法的原理,提出了交互光谱定标的思想,设计了适用于单色仪与成像光谱仪的交互光谱定标系统。分别对单色仪与成像光谱仪进行了光谱定标实验,并对定标数据进行了处理分析。结果显示:单色仪光谱定标精度优于±0.1nm;成像光谱仪的光谱区大于400~800nm,光谱分辨率优于3nm。该交互光谱定标系统避免了对单色仪和成像光谱仪分别定标需要两个探测器的弊端,定标过程中只需切换定标模式,简化了定标过程,能够同时保证单色仪与成像光谱仪的定标精度,具有复杂度低、通用性强、适用范围广及较高的定标精度等优点,可满足实际使用要求。     

高频半导体激光器的驱动设计及稳定性分析

通过系统地分析影响LD稳定性的主要因素,设计出了计算机实时检测反馈、闭环控制、脉冲稳流的高频LD驱动电源。采用抑制浪涌,减小纹波以及加入延时和软启动电路等多项安全设计及措施确保LD工作的安全性。并且采用半导体制冷片,结合计算机实时检测电路对LD工作温度进行精确控制。初步测量得到LD激光稳定输出功率150 W,温度稳定电路的控温精度达到0.2 ℃,激光频宽为6 GHz的实验结果。     

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。     

基于模糊控制的异步电机软启动器的研制

基于无速度传感器和模糊控制,提出了一种异步电机软启动器的研制方案,将无速度传感器应用到异步电动机的软启动器中,采用模糊控制器来实现电流控制,使异步电机软启动过程中存在的非线性控制得到了改进和提高。以MC9S12DG128单片机作为其控制器,对软启动控制系统的硬件电路和软件程序进行了设计。实验结果表明:该软启动器结构简单,系统损耗减小,稳定性和精度得到了提高,其中电压精度达到了0.01 V,对电机及其拖动系统有更好的保护作用。     

医用显微成像光谱仪的光谱定标技术

为了能对自主研制的脑肿瘤手术医用显微成像光谱仪进行光谱定标,设计了由单色仪、钨灯光源、棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪及手术显微平台组成的光谱定标系统。采用单色仪波长扫描法,自主开发了相应的光谱定标系统软件,获得了显微成像光谱仪全谱段的光谱数据,完成了数据处理和分析等工作。通过调整光路、单色仪定标、成像光谱仪定标3个步骤实现了系统的光谱定标。定标结果表明:显微成像光谱仪的光谱区大于400~900nm;定标精度高于0.1nm,光谱分辨率高于3nm,各项特征指标均高于设计指标。测试验证实验表明,所建立的光谱定标系统定标精准,结构简单、紧凑,操作简单,符合显微成像光谱仪的实际临床应用要求。     

极紫外波段空间相机的辐射定标

考虑极紫外波段空间相机尚无合适的辐射定标方法和装置,本文提出了适用于该波段的小目标成像辐射定标方法并基于该方法在实验室建立了辐射定标装置。提出的标定方法首先使用标准传递探测器标定小目标的辐射亮度;然后,用待定标相机中心视场对该小目标成像,获得中心视场部分的辐射强度响应度;最后,通过调整转动结构使不同视场对该小目标成像,得到不同区域的辐射强度响应度。构建的辐射定标装置由光源系统、标准传递探测器、真空罐及四维运动转台等组成。光源系统包括空心阴极光源、极紫外掠入射单色仪、准直反射镜,能够出射工作波段的准直光束;标准传递探测器标定出光束照度并计算得到小目标的辐射强度;运动平台使相机能够以不同视场角对小目标成像,测得不同视场的辐射强度响应度。利用该装置对一台极紫外相机进行了辐射定标实验,并进行了误差源分析。实验结果表明该装置的定标精度优于15%,能够实现整机状态下的辐射定标。     

基于TNY279的LED驱动电源设计

随着LED技术的发展,LED已被应用到很多领域,由于它具有节能,寿命长、体积小、可靠性高等优点,LED照明已经作为一种新型照明光源被广泛的应用,但由于驱动电源的问题,造成LED照明光源寿命短.文章设计了一种反激式低成本高效率驱动电源电路,能够输出恒定的电压和恒定的电流,有效地提高电源的稳定性,延长LED照明光源的寿命.     

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。     

星上LED定标光源可行性研究

发光二极管一直以来还没有被应用于星上定标,本文将针对其用做星上定标光源的可行性进行分析研究。首先针对LED的各项特性逐一进行分析讨论。通过老练试验测量了LED长时间的稳定性;对LED进行了开合实验;讨论了LED的电流特性;针对空间环境下的各种影响,对LED的冷热特性、真空特性、抗辐射特性进行了分析。实验得出 LED持续点燃1200h的衰减量少于1.2% ;发现其开合重复性很好,但存在10到15分钟的不稳定期;改变电流会引起LED发光强度和波长不同程度的变化;温度的变化也同样会给LED的发光强度、正向偏压以及峰值波长带来不同程度的影响;真空状态下,由于传输介质不同,LED的发光强度会有所增加,其封装材料真空挥发产生的影响不大;在抗辐射外壳的保护下,空间辐射对LED发光强度的影响不超过0.5%/year。经过分析讨论,证明将LED应用于星上定标是可行的。     

用于星上定标光源的LED筛选装置

考虑将发光二极管(LED)用作空间相机星上定标光源时对LED的发光一致性和稳定性的要求,研究了对市售LED产品进行试验和筛选的方法。分析了影响LED发光效率的因素及LED作为星上定标光源需要注意的问题,提出了将多只LED作为空间相机星上定标光源的筛选试验方案,并设计、研制了筛选装置。为了检验LED的工作稳定性和不同LED的发光一致性,该装置可同时监测多只LED的发光状态,并实现了无人值守操控和自动测量。利用该装置对某批次72只随机抽取的白光LED进行测试并根据测试数据对被筛选的白光LED进行了分析计算,结果显示,经过筛选的白光LED在连续点亮900 h后,相对光强变化在1.5%左右。最后,从中筛选出符合光源要求的10只LED。     

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.     

基于多光源的光谱分布可调谐光源系统

针对定标光源和遥感器在轨探测目标的光谱非匹配对空间光学遥感器实验室辐射定标精度的影响,设计了一种基于发光二极管（LED）和基底光源的光谱分布可调谐光源。采用该光源模拟了典型地物目标光谱,用于遥感器的实验室绝对辐射定标,大幅降低了光谱非匹配带来的影响。首先,从理论上分析了光谱非匹配影响遥感器绝对辐射定标精度的机理;然后,根据设计指标确定了光源的设计方案,解决了光源的选型与光谱匹配算法设计、光谱分布可调谐光源驱动和控制系统、目标光谱匹配与光谱反馈调整、光谱分布可调谐光源光机设计等四项关键技术问题;最后,对光源进行了性能测试。测试结果显示：等能光谱和6 000 K黑体光谱的光谱匹配误差分别为6.37%和8.76%,出光口的辐照度非均匀度为0.53%,30 min内的辐照度不稳定度为0.03%,水平方向±30°内的辐亮度角度非均匀度为0.80%,各波长处光谱辐亮度值均高于0.07 W/（m²·sr·nm）,410~900 nm波段积分辐亮度为58.3 W/（m²·sr）,均满足设计指标。     

Camera calibration method for solid spheres based on triangular primitives

A new camera calibration method based on triangular primitives for solid grid sphere objects are proposed in this work to address the contradiction among the number of cameras, calibration accuracy, and algorithm stability in the current camera calibration process. In the proposed method, a sphere is used as the base, and the surface coverage curve of the sphere forms a calibration object as the grid based on triangular primitives. We use the absolute quadratic curve and vanishing point to calculate the intrinsic and extrinsic parameters of the camera, respectively. The proposed method can simplify the element correspondence in the calibration and calibrate multiple cameras in different positions simultaneously. Experimental results show that the new 3D calibrator exceeds the calibration accuracy and stability of traditional algorithms. Moreover, the comprehensive evaluation of the algorithm is improved significantly.     

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     

基于点源透过率测试系统的杂散光标定

为了提高点源透过率(PST)测试系统的杂散光测试能力及测试精度,提出并设计了一种标准镜头,用于在大离轴角范围内对系统的杂散光测试范围及测试精度进行标定。利用简单的物理模型设计了一种在实验室内对点源透过率测试系统杂散光测试精度定标的标准镜头;测量了标准镜头的表面物理参数,并将其带入TracePro软件计算出了不同离轴角对应的PST。对设计分析的PST值与实测的PST值进行比较,从而计算得到了该测试系统的测量精度。验证实验表明,该标准镜头的PST分析值与实测值之差优于lg/0.5,满足实验室内对点源透过率测试系统杂散光测量精度进行标定的要求,是PST绝对测量的可靠方法。该项技术为国内PST测试系统的精度校准问题提供了技术保障。     

光电式日照计定标系统与校准方法研究

针对目前光电式日照计定标效率低,受天气影响严重,基于太阳模拟、积分球匀光、吸光陷阱以及多维调整等技术,提出了一种光电式日照计室内定标新方法并设计了光电式日照计定标系统。首先根据光电式日照计的组成与工作原理,提出了光电式日照计定标系统的总体设计方案;其次分析研究了直接辐射模拟系统、散射辐射模拟系统以及日地位置调节系统的主要技术指标;然后根据定标系统各组成部分之间的关联性,建立定标系统的校准链,研究了校准链各组成部分的校准方法,实现了定标结果的可溯源性;最后通过实验验证了光电式日照计定标系统的日照时数模拟误差。实验结果表明,光电式日照计定标系统4 h内的日照时数模拟误差为3.75%,满足现行的光电式日照计定标需求。     

Development of high field SQUID magnetometer for magnetization studies up to 7 T and temperatures in the range from 4.2 to 300 K

We present the design, fabrication, integration, testing, and calibration of a high field superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer. The system is based on dc SQUID sensor with flux locked loop readout electronics. The design is modular and all the subsystems have been fabricated in the form of separate modules in order to simplify the assembly and for ease of maintenance. A novel feature of the system is that the current induced in the pickup loop is distributed as inputs to two different SQUID sensors with different strengths of coupling in order to improve the dynamic range of the system. The SQUID magnetometer has been calibrated with yttrium iron garnet (YIG) sphere as a standard reference material. The calibration factor was determined by fitting the measured flux profile of the YIG sphere to that expected for a point dipole. Gd(2)O(3) was also used as another reference material for the calibration and the effective magnetic moment of the Gd(3+) could be evaluated from the temperature dependent magnetization measurements. The sensitivity of the system has been estimated to be about 10(-7) emu at low magnetic fields and about 10(-5) emu at high magnetic fields ～7 T.