空间遥感紫外光谱辐射计辐照度定标研究

构建了由150 W大功率氘灯、1 000 W石英卤钨灯及球面反射镜组成的平行光光谱辐照度定标单元,解决了多数光谱辐射计由于在紫外波段响应度低、信噪比小导致的定标困难,也满足了空间遥感类光谱辐射计的辐照度定标要求.分两个波段标定了紫外光谱辐射计160～400 nm波段光谱辐照度响应度,其中160～250 nm定标不确定度4.7%,250～400 nm定标不确定度2.7%.     

紫外-真空紫外光电倍增管量子效率定标

为了考察光电倍增管的性能,以使其满足空间遥感仪器在轨应用需求,利用氘灯、真空紫外单色仪、光电倍增管等构建了一套基于标准真空光电管的量子效率定标系统,依据光电倍增管的阴极量子效率测量原理,将光电倍增管改造成无电子束倍增的光电管,实现了由标准真空光电管到光电管R2078的标准传递;并在此基础上,在国内首次实现了150~300nm紫外-真空紫外波段光电管量子效率的直接测量。测量结果表明:由于光电管R2078的窗口材料为融石英,其在155nm处的透过率最小,因此在155nm处获取的量子效率最小,在230nm波长处量子效率最大。最后对测量结果进行不确定度分析与估计,得到总的合成不确定度为3.4%。     

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。     

溯源于低温辐射计的1064nm波段探测器绝对光谱响应度定标

标准传递探测器在红外波段的绝对光谱响应度定标不确定度较大且难以降低,其主要影响因子是窗口透过率的测量不确定度,该项因子是由布儒斯特窗口的状态复现引入。给出了陷阱型标准传递探测器在1 064 nm波段溯源于低温绝对辐射计的定标实验过程和结果。介绍了低温辐射计新型Y型定标光路,该光路消除了低温辐射计窗口反射损耗引入的不确定性。实验测试了探测器在1 064 nm波段的线性、空间响应均匀性、稳定性和空间偏振非敏感性。结果表明:传递探测器绝对光谱响应度定标的不确定度优于0.023%,响应度重复性的实验结果表明了Y型低温辐射计定标光路改造的可行性。     

基于均匀场地的遥感图像相对校正算法研究

受地面均匀场地宽度的限制,使用均匀场地两点相对辐射校正算法,只能对幅宽比较窄的线阵推扫式传感器进行相对校正.提出了一种改进的基于均匀场地的遥感图像相对辐射校正算法,该算法通过在一幅或多幅图像上选取满足亮度要求的区域来计算所选区域内及区域间的相对定标系数,根据区域内和区域间相对定标系数将宽幅线阵推扫式传感器全体探测元的响应相对校正到一致.结果表明:该算法能够实现宽幅线阵推扫式传感器的相对辐射校正,实现简单.校正效果理想.     

基于绝对辐亮度计定标的积分球紫外光谱辐射特性研究

针对积分球开口光谱辐射特性测量的复杂性及紫外波段标准光源不确定度大的缺点,构建了一种基于紫外标准探测器的高精度绝对辐亮度计。用所构建的绝对辐亮度计,以3个波长为例,标定积分球开口光谱辐亮度,修正了250~400 nm波段积分球开口光谱辐亮度曲线。同时,利用该绝对辐亮度计对积分球输出稳定性、积分球开口均匀性以及朗伯余弦特性进行了全面测试。积分球开口3个波长280,313和352 nm处光谱辐亮度定标合成标准不确定度分别为3.2%,3.0%和3.0%,积分球输出稳定性、开口均匀性以及朗伯余弦特性3个波长处合成标准不确定度分别为1.7%,1.6%和1.6%。不确定度分析表明用绝对辐亮度计研究积分球光谱辐射特性与传统的积分球光谱辐射特性研究相比方便可行且精度更高。     

基于Zn2SiO4：Mn的紫外探测薄膜的研制

由于紫外光对硅层的透射深度小于2nm,所以传统的光电探测器件并不响应紫外光。为了增强传统的光电探测器件在紫外波段的探测能力,实用的方法是在传感器光敏面镀上“紫外一可见”变频薄膜,将紫外光转化为可见光。实验用“旋涂法”在石英基底上生成ZnzSiO4：Mn紫外探测薄膜,并对其透射光谱、吸收光谱、激发光谱与发射光谱等光学性质进行测量分析。实验测得薄膜在300nm以下透过率极低,在300nhm以上透过率很高且平稳;对300nm以下的光具有很强的吸收,对300nm以上的光吸收很弱且很平稳;激发峰在265nm,发射峰在525nm,即能将紫外光转化为可见光。实验结果表明薄膜不仅能将紫外光转化为可见光,实现传统光电探测器件的紫外探测。而且在增强紫外响应的同时不削减其他波段的响应,是一种适用于增强光电图像传感器紫外响应的紫外增强薄膜。     

遥感、遥测、遥控

TP722.52008011951面向定量化红外遥感的热电堆探测器定标技术/张磊,郑小兵,林志强,王骥,刘昌锦(中国科学院安徽光学精密机械研究所遥感研究室)//光电工程.―2007,34(2).―45～49,54.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…     

用于空间外差光谱仪光谱定标的窄线宽可调谐光纤激光器

针对星载CO2遥感探测空间外差光谱仪2.04 μm通道光谱定标的应用需求,研制了一台2.04 μm波段窄线宽波长可调谐的高稳定性铥钬共掺光纤激光器(THDFL).利用线型复合谐振腔的维纳效应扩大有效纵模间隔,有效抑制了多模激光振荡,输出激光线宽达7.5 MHz;通过对振动隔离和温度补偿封装的FBG施以轴向拉伸应力,该THDFL可在2040～2042.5 nm范围内调谐,且输出波长不确定度小于5×10-3 nm;使用研制的1565 nm光纤激光泵浦源,THDFL输出功率达192 mW;利用该可调谐THDFL提供的输出激光,溯源于波长标准后实现了空间外差光谱仪2.04 μm通道的光谱定标,且定标精度优于设定的指标要求.     

新型紫外波段星载太阳定标板漫反射特性测量

星载太阳定标漫反板的漫反射朗伯特性及其辐照衰减特性直接决定了空间遥感仪器在轨辐射定标长期的精度和稳定性。为保证紫外高光谱探测仪的在轨辐射定标精度,在介绍目前常用太阳定标漫反板材料的基础上,提出了一种新型的紫外波段漫反板备选材料：高纯度不透明熔融石英材料HOD,并比对测试了该新型HOD漫反板与传统铝制漫反板的漫反射朗伯特性和辐照衰减特性。结果表明,32个等效太阳时(32ESH)的真空紫外辐照后,HOD漫反板在290 nm衰减为7.5%,优于传统铝制漫反板的10%。并且铝制漫反板在290 nm附近的朗伯特性最大余弦偏差约为40%,而HOD漫反板约为10%。因此,新型HOD漫反板在紫外波段的漫反射特性优于传统的铝制漫反板,可提高空间紫外遥感仪器的在轨辐射定标的长期精度。     

Parallel design of convolutional neural networks for remotesensing images object recognition based ondata-driven array processor

Object recognition in very high-resolution remote sensing images is a basic problem in the field of aerial and satellite image analysis. With the development of sensor technology and aerospace remote sensing technology, thequality and quantity of remote sensing images are improved. Traditional recognition methods have a certainlimitation in describing higher-level features, but object recognition method based on convolutional neural network(CNN) can not only deal with large scale images, but also train features automatically with high efficiency. It ismainly used on object recognition for remote sensing images. In this paper, an AlexNet CNN model is trained using2 100 remote sensing images, and correction rate can reach 97.6% after 2 000 iterations. Then based on trainedmodel, a parallel design of CNN for remote sensing images object recognition based on data-driven array processor(DDAP) is proposed. The consuming cycles are counted. Simultaneously, the proposed architecture is realized onXilinx V6 development board, and synthesized based on SMIC 130 nm complementary metal oxid semiconductor(CMOS) technology. The experimental results show that the proposed architecture has a certain degree ofparallelism to achieve the purpose of accelerating calculations.     

基于低空遥感系统的星载光学遥感器成像仿真

在星载光学遥感器设计过程中,利用计算机仿真技术模拟遥感器成像过程能够评估遥感系统设计可行性,并预测遥感器成像能力。针对高分辨率星载光学遥感器成像特点,提出一种基于低空遥感系统的成像仿真方法。以低空宽视场和多光谱图像数据为基础,利用图像分类、分类拟合等方法生成低空多光谱宽视场仿真图像,采用经验线性法进行反射率反演,结合星载光学遥感器空间分辨率、MTF、光谱响应等特性以及大气辐射传输理论得到遥感器入瞳处辐亮度仿真图像。将QuickBird卫星作为仿真对象,开展成像仿真实验,并评价仿真精度。实验结果表明仿真图像与卫星图像保持较高相似程度。     

线阵CCD遥感器单轴转台的设计

为了在实验室条件下模拟线阵CCD遥感器的飞行成像,并验证其成像效果,设计了一种线阵CCD遥感器单轴转台控制系统.介绍了线阵CCD遥感器单轴转台的工作原理,分析了转台模拟飞行器成像的误差,给出了转台的指标及参数设计.试验结果表明,速度回路控制精度为2％,位置回路稳态精度为6′,对外成像清晰,满足设计要求.     

硅陷阱探测器在325～980nm波段的绝对光谱响应率和量子效率测定

为获得硅陷阱光电探测器在325～980 nm区间的绝 对光谱响应率和量子效率,采用低温辐射计对这一波段内的11个波长点处的 绝对光谱响应率 进 行了测量,其不确定度优于0.05%;利用Geist的经典量子效率模 型对硅 陷阱探测器的内量子效率进行了模拟,并与实验得出的内量子效率进行了比较 。 结果显示:在325～980nm 波段的中间部分,理论计算与实验测 得值 相对偏差小于0.03%。     

短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展

短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长（0.9～1.7 μm） InGaAs焦平面、延伸波长（1.0～2.5 μm） InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4 000×128、1 280×1 024元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频1 024×256、1 024×512元焦平面,暗电流密度优于10 nA/cm2和峰值探测率优于5×1011 cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4～1.7 μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0 °、45 °、90 °、135 °的消光比优于20:1。     

基于成像时刻校准的混合域TDICMOS成像技术研究

随着航天遥感领域超高分辨率成像电子学中行频的不断提升，一个积分时间内光生电荷数量逐渐减少，弱光成像能力有所下降，电子学中需要采用增大时间延迟积分级数的方法弥补能量的不足。传统数字域累加探测器有着引入过多噪声与帧频受限的多项弊端，而电荷域探测器的超大级数累加会带来电荷转移效率的下降和图像的混叠。基于此，文章在采用低功耗、高集成度TDICMOS基础上，提出了一种基于电荷域和数字域混合的新型累加方式，并对影响弱光成像像质水平的主要指标进行分析。随后针对混合域累加方式下多感光单元间的像质退化，提出一种基于图像配准的成像时刻校准方法，通过多片感光单元间隔测量和成像时刻时序微调有效改善了大积分级数电荷运动与景物运动的失配程度。最后通过滚筒测试验证了成像时刻校准方法的有效性，通过性能测试验证了混合域成像在弱光照下探测能力的提升。结果表明，文中所提方法有效地解决了TDI型探测器的主要瓶颈，为超高分辨率遥感相机提供了有效的解决方案。     

Parameter trade-offs for imaging spectroscopy systems [remotesensing]

To help better understand the problems of specifying data acquisition parameters and extracting desired information from the voluminous data, research has been focused on understanding the remote sensing process as a system and investigating the interrelated effects of various parameters. A system model is used to explore system parameter trade-offs for a model sensor based on the High-Resolution Imaging Spectrometer (HIRIS). Radiometric performance was studied, along with the effect on classification accuracy of several system parameters. The atmosphere and sensor have significant effects on the mean received signal and noise performance. The effect of random uncorrelated errors in the radiometric calibration of the detector array is discussed. Accurate pixel-to-pixel relative radiometric calibration and the use of the image motion compensation (IMC) option are seen to improve classification accuracy. The selection of feature sets based on combining spectral bands was studied under a variety of observational conditions     

基于低空图像的Worldview-1 全色波段仿真

对地资源探索是遥感技术的追求目标,Worldview-1是高精度商业卫星之一,星下点分辨率为0.5 m。提出一种基于图像的Worldview-1全色波段仿真方法。以低空飞行的可见近红外图像为数据源,利用大气校正或经验线性法进行反射率反演得到地面反射率图;然后经过以下四个步骤:辐射传输模拟、光谱波段匹配、空间分辨率仿真和传感器调制传递函数MTF仿真,仿真出Worldview-1全色波段图像。通过以飞艇为平台的外场试验获取数据,将仿真图像与Worldview-1全色波段图像从相似度及图像纹理参数进行对比,结果显示这种模拟地物、大气、传感器特性的图像仿真方法可以应用于Worldview-1全色波段图像的仿真。     

紫外成像用高响应ZnS肖特基光电二极管阵列

基于分子束外延(MBE)生长技术,制备出了新颖的8×8 ZnS肖特基光电二极管阵列,研究了制备该器件的标准光刻,金属沉积,湿化学腐蚀,SiO2绝缘层沉积等一系列微电子处理工艺.该肖特基光电二极管阵列的光谱响应截止边为340nm.在400～250nm的可见光盲区域,光电响应测试显示该器件在截止边波长处具有0.15A/W的高响应度,相对应的量子效率为55%.成像测试显示该器件具有良好的紫外成像特性.     

紫外成像用高响应ZnS肖特基光电二极管阵列

基于分子束外延(MBE)生长技术,制备出了新颖的8×8 ZnS肖特基光电二极管阵列,研究了制备该器件的标准光刻,金属沉积,湿化学腐蚀,SiO2绝缘层沉积等一系列微电子处理工艺.该肖特基光电二极管阵列的光谱响应截止边为340nm.在400～250nm的可见光盲区域,光电响应测试显示该器件在截止边波长处具有0.15A/W的高响应度,相对应的量子效率为55%.成像测试显示该器件具有良好的紫外成像特性.