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。     

宽动态范围红外积分球辐射源的优化设计与性能测试(特邀)

为满足红外遥感器高精度等效噪声光谱辐亮度的定标要求,在原有的设计基础上改进了红外积分球辐射源研制制造工艺,满足真空低温使用要求。该积分球辐射源采用8组碳纤维石英电热管作为红外辐射介质,实现工作波段覆盖3~15 μm,可调辐射动态范围提升1倍。设计了辐射定标与测量光路,通过比对测量标准腔式黑体辐射源,实现红外积分球辐射源真空低温条件下的辐射定标。定标结果表明:红外积分球辐射源出光口法线Ф200 mm范围内的面均匀性为99.75%,±10°范围内的角度均匀性为99.81%,非稳定性为0.05%。实现了红外积分球辐射源光谱辐亮度输出等色温近线性可调功能,5 μm和10 μm辐亮度可调范围分别达到12.8 μW/(cm2·sr·nm)和1.6 μW/(cm2·sr·nm)。     

一种空间相机辐射定标用大面积辐射光源的研制

针对目前空间光学遥感器向着大口径、高精度方向发展相应需要大出光面的积分球辐射光源,本文研制了一种大口径空间相机用积分球辐射定标光源,并使用自制的积分球辐射性能测试装置测试了大口径积分球光源的均匀性、余弦特性和稳定性。研制的积分球辐射定标光源内径为3000mm,出光面直径为1 000mm。测试结果表明,积分球的最大幅亮度为240.13 W·m-2·sr-1,辐亮度调节范围为371.5∶1,辐亮度不稳定性为0.04%/h,光源出口面非均匀性为1.7%,辐射定标光源的不确定度为5%。     

Hadamard变换成像光谱仪实验室辐射定标方法

Hadamard变换成像光谱仪采用多通道探测数字变换技术实现光谱成像。主要介绍了基于数字微镜阵列器件的Hadamard变换成像光谱仪的工作原理与仪器结构,研究设计了一套适用于该Hadamard变换成像光谱仪的实验室辐射定标方案。用远距点光源光路进行CMOS探测器像元响应不均匀性修正,获得相对定标精度达到4.6%;采用太阳模拟光源和均匀平行光路,用光谱辐射度计实现标准辐射亮度的传递进行光谱辐射定标,绝对定标精度达到8.92%。通过实物成像,Hadamard变换成像光谱仪的实验室辐射定标方法精确、实用。     

噪声等效光谱辐亮度定标系统的性能测评

噪声等效光谱辐亮度（NESR）是代表红外遥感器极限探测能力的关键性指标。高灵敏红外遥感器的NESR定标需要高稳定、高均匀和充满视场的红外辐射光源,其光谱辐亮度的不确定度应当显著低于红外遥感器的NESR。针对一种新型的级联积分球型大孔径NESR定标系统,开展了NESR定标不确定度的实验测试研究,评定了绝对光谱辐亮度的量值溯源、积分球输出的均匀性和稳定性等11种不确定性因素的影响。测试结果表明,在规定的303~308 K亮温范围内,主积分球光谱辐亮度的相对不确定度优于0.34%,6~15 μm波段的NESR定标不确定度优于0.1~0.0037 μW·cm?2·sr?1·μm?1,验证了新型定标系统应用于高性能红外遥感器NESR定标的可行性。     

红外标准辐亮度计的研制及定标

黑体参考光源辐亮度精度是决定红外遥感器绝对辐射定标精度的关键因素。为了提高黑体辐亮度测量精度,设计了一种直接测量黑体辐亮度的红外标准辐亮度计。描述了整个系统的光机设计方案和工作原理,利用高精度水浴黑体对辐亮度计进行定标。实验结果表明:辐亮度计的1 h非稳定性优于0.03%;测量黑体辐亮度不确定度达0.22%,相当于308 K时辐亮度温度不确定度73 mK。该标准辐亮度计具有系统级测量、高精度溯源等优点,可实现黑体辐亮度与实验室辐射标准之间的溯源。     

一种高光谱相机绝对辐射定标方法

随着高光谱相机在特定区域特定波段背景辐射精确测量方面的应用,对高光谱相机辐射定标的精度、分辨率的要求也不断提高。本文通过测量滤波片透过率及积分球出射DN值得到各波段透过的能量占总透过能量的百分比,并结合实际测得的各波段辐亮度,建立其与相机探测器输出的各波段DN值的关系,达到辐射定标的目的。将提高高光谱相机定标分辨率转换为提高测量滤波片透过率的波长分辨率,简化了研究过程。通过定标结果可知,波长在较小范围内变化时,高光谱相机对其增益系数也会发生变化。     

高分一号卫星相机的辐射交叉定标研究

利用Landsat8-OLI时间序列图像数据对高分一号(GF-1)的16 m宽覆盖多光谱传感器进行交叉定标。试验首先通过安排GF-1夜间深海成像,确定GF-1传感器的定标公式的截距,再选取定标靶标场的双星同步观测数据,利用回归分析得到定标公式的增益。利用交叉定标系数结果计算的GF-1辐亮度值与同步观测的Landsat8的辐亮度值相关性在95%以上,4个波段定标精度相对误差分别是4.25%、6.21%、5.83%和5.66%。结果表明该方法获得的定标系数精度与Landsat8定标数据辐射定标精度相当,GF-1卫星可以满足定量化应用的要求。     

扫描辐射计可见通道发射前外场定标方法对比

FY-2扫描辐射计是中科院上海技术物理研究所研制的我国风云二号静止气象卫星的主要载荷之一，为确定其响应率，中国科学院安徽光机所对FY-2（05）扫描辐射计进行了辐亮度法定标和Langley法定标，并对定标所用的5种反射率的漫反射板均匀性、反射比、BRDF性能进行了检测，给出了基于辐射标准传递的辐亮度定标的基本原理和数据处理方法，以及辐亮度定标和Langley法定标结果，综合不确定度为6.0%~6.4%。同时，提出了独立于相对光谱响应函数的基于标准探测器的反射比定标法，并与辐亮度法和Langley法进行了对比分析，其定标结果具有一致性。     

反射式拼接CCD相机非均匀性定标与校正

依据实验室辐射定标实验,校正反射式拼接CCD相机由渐晕现象引起的图像非均匀性。通过分析反射式拼接CCD相机成像非均匀性产生机理,明确焦平面辐照度非均匀性是造成相机图像非均匀性的主要原因;分别进行"单片CCD辐照度响应度定标"和"整机均匀性定标"实验;依据定标结果所得出的入射辐射亮度和在该亮度下每个像元实际接收到的辐射照度之间的关系,设计校正算法,得出每个像元的渐晕校正因子,实现渐晕图像非均匀性校正。校正结果显示:在一定入射辐射亮度范围内,原始积分球定标渐晕图像的非均匀性大于16%,用校正因子校正后,输出图像非均匀性下降到1%以内。经过非均匀性定标和校正的相机用于外场成像也取得了符合工程需要的满意效果。     

双通道自校准辐射计与辐亮度标准探测器的比对实验研究

基于自发参量下转换的高精度自校准辐射基准源是目前卫星遥感定标的研究热点。本文介绍了双通道自校准辐射计的工作原理并搭建了实验装置,展开了与传统辐亮度标准探测器的比对实验验证。采用736.9nm激光导入积分球的单色均匀辐亮度光源,将双通道自校准辐射计和辐亮度标准探测器分别对积分球出口辐亮度进行探测,测得绝对辐亮度分别为4.69×10-9W/(sr?mm2)和5.19×10-9W/(sr?mm2),二者之间的相对偏差为9.63％,验证了研制的双通道自校准辐射计的原理可行性。     

Vicarious calibration of GLI by ground observation data

We conducted vicarious calibration of the Global Imager (GLI) in visible to near-infrared channels over different targets. For calibration over the ocean, we used the normalized water-leaving radiance derived from the Marine Optical Buoy (MOBY) and the aerosol optical properties (aerosol optical depth, size distribution, and refractive index) obtained through the Aerosol Robotic Network (AERONET). For calibration over land, we used the ground-based measurement data at Railroad Valley Playa. The following GLI characteristics are recognized from the calibration results. First, GLI underestimates the radiance in channels 1, 2, 4, and 5. Next, in the near-infrared channels, there is good agreement between the observed and simulated radiance over bright targets. On the other hand, it is suggested that the GLI overestimates the radiance over dark targets (e.g., on the order of 15% at 4.0 W/m/sup 2///spl mu/m/sr in channels 18 and 19). Furthermore, we evaluated these calibration results over different targets taking into account the difference in the target radiance and in the accuracy between the two results. This combined evaluation of vicarious calibration results suggests the possibility that the GLI-observed radiance has offset radiance versus the simulated radiance.     

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。     

CCD光电参数测试系统的研制

研制了一套CCD光电参数测试系统,可实现对CCD的无效像元、相对光谱响应、响应度、等效噪声照度、动态范围、面响应度不均匀性等光电参数的全自动测试。CCD的相对光谱响应测试基于单光路直接比较法实现,而其他CCD光电参数的测试则基于特制的积分球光源。四个可独立开关的溴钨灯分别安置于四个次积分球内,经高精度电动光阑与主积分球级联,主积分球壁上的照度计经标定后可实时测试积分球光源出口照度值。该光源色温不变,可在大动态范围内以较高精度实现连续调节,满足CCD光电参数测试的需求。利用上述装置对E2V公司科学级CCD47-10B进行了实际测试,并分析了测量的不确定度。结果表明:相对光谱响应测试覆盖光谱范围400~1 000 nm,不确定度为4.37%。光电转换参数测试装置距离光源出口23 mm处照度覆盖动态范围0~235 lx,80 mm范围内照度均匀性达到99%,测试不确定度为4.9%。该系统可用于航天级CCD的光电参数测试及芯片甄选。     

多光谱遥感器带外响应的测量、校正及精度验证

带外响应（带外泄漏）是影响多光谱遥感器（multi-spectral remote sensor, MsRS）辐射定标不确定度的重要因素。以多光谱成像仪的443 nm通道为例,介绍了一种MsRS带外响应的测量、校正和精度验证方法。该方法主要利用一种新型大孔径光谱可调积分球参考光源（spectrum-tunable integrating spheres reference light source, STIS）的分立波段和连续光谱输出功能开展多光谱成像仪带外响应测量、校正及其精度验证实验,借助带外响应校正模型修正带内权重辐亮度,并与光谱辐亮度计的测量参考值进行对比。结果表明,带外响应校正前后的带内WRL与光谱辐亮度计的测量参考值的差异由8.8%降低到2.9%,初步验证了STIS在MsRS带外响应校正中的应用可行性。     

空间紫外遥感光谱辐射计光谱辐亮度定标三种方法的比较

应用基于spectralon平面漫反射板和两种基于积分球的辐亮度共三种定标方法,标定了空间紫外遥感光谱辐射计的辐亮度响应度。初步尝试分析了每种方法的相对不确定度,指出漫反射板双向反射分布函数(BRDF)的测量不确定度和平面漫反射板亮度的计算不确定度是这三种定标方法比对中不一致的主要原因。定标数据比对显示,使用这三种定标方法得到的光谱辐射计辐亮度响应度在各自给定的相对不确定度范围以内(约3%)相符合。     

紫外天体模拟器辐射参数现场校准技术

紫外天体模拟器为空间探测工程中紫外有效载荷的重要测试和仿真设备。为了解决紫外天体模拟器辐射参数现场校准存在的难题,建立一套便携式紫外天体模拟器辐射参数现场校准装置,实现紫外模拟器瞬态辐射参数校准和高灵敏度辐射参数校准。校准参数包括光谱辐亮度、光谱辐照度等。校准的光谱范围为200~400 nm,该装置的建立完善国内的紫外校准技术研究体系,填补我国现场计量型的紫外标准的空白。