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%.     

太阳紫外光谱辐射计的研制及丽江外场实验

为了实现对太阳直接光谱辐照度的地基观测,研制了一台用于测量太阳直射光谱辐照度绝对值的扫描式紫外光谱辐射计,工作波段250～400nm,通过太阳跟踪器及二维转台等设备实现地基观测时对太阳的自动跟踪.以NIST标准光源标定了这台光谱辐射计光谱辐照度响应度,定标误差2.4%.在云南丽江地区(26°52'N,100°13'E)开展的地面太阳直射紫外光谱辐照度观测试验进一步检验了仪器的性能.结果表明:时间、云量和大气气溶胶等因素对抵达地表的太阳直射紫外光谱辐照度有直接的影响.     

比值辐射计辐射响应特性

比辐射星上定标器以太阳照射的漫反射板为参考光源,通过比值辐射计对漫反射板在轨衰变进行修正,实现光学遥感器的绝对辐射 定标及长期稳定性监测。比值辐射计辐射响应特性是影响在轨定标精度的主要因素之一。对比值辐射计辐射响应特性进行了 评估,获取了绝对响应度,并测量了响应非线性、非稳定性。结果表明绝对辐射响应度定标合成不确定度优于2.88%,非线性 优于0.93%,非稳定性优于0.52%,满足在轨定标应用需求。     

星上定标用分谱比辐射计的辐射探测性能研究

采用比辐射计进行比对测量是监测光学遥感仪器星上定标光源载体漫射板反射性能在轨变化的有效手段。用于海洋水色遥感的新一代星载成像光谱仪必须设计成以太阳作光源的在轨绝对辐射定标系统,才能满足定量化产品反演的使用要求。国外星上定标器的漫反射板长期跟踪测量结果表明,漫射板的反射性能一直在发生变化,且波长越短变化越大,而海洋水色遥感要素的探测恰恰集中在靠近紫外的波长区域。针对这个问题,设计了分谱比辐射计,并对其辐射探测性能进行了理论分析与实验测量。结果表明,在整个动态测量范围内线性相关系数优于0.9991,在轨输入能量条件下的分谱信噪比在整个使用波长范围内优于100,可以满足成像光谱仪星上定标源反射特性标定的精度要求。     

紫外臭氧垂直探测仪波长定标研究(英文)

介绍了一种新的紫外臭氧垂直探测仪波长定标方法。结合连续光谱和单色仪产生特征谱线克服了一些特殊波段内离散线谱的缺失。紫外臭氧垂直探测仪的波长定标系统主要由高稳定氙灯光源、1.5 m车尔尼-特纳型单色仪以及前置、后置光学系统构成。该新方法的基本原理主要是一个相互定标校准的过程。紫外臭氧垂直探测仪自带汞灯在紫外波段给波长定标系统提供参考标准光谱,波长定标系统则反过来给紫外臭氧垂直探测仪提供12个更高线性精度的臭氧吸收特征光谱。该波长定标结果完全满足臭氧反演所需要的波长准确度及光谱带宽精度要求。     

绝对辐射计一次反射不等效的影响及实验分析

为了提高星载光辐射测量精度,满足在轨测量数据向世界辐射参考标准溯源的需求,运用有限元单元法对太阳辐照度绝对辐射计(SIAR)的光电不等效性进行修正。SIAR采用典型的正圆锥腔结构及加热丝直接埋入银锥腔工艺,其光电不等效性源于激光加热照射时一次反射引起的偏差。针对该偏差定量修正难度较大的特点,结合SIAR腔组件的实际结构,建立与实验测量结果最大相对误差仅为0.86%的有限元体系,并运用该体系对SIAR的光电不等效性进行定量修正。修正结果表明,光束的一次反射引起了激光加热和电加热阶段的不同功率分布,其光电不等效性因子为1.0000589,不确定度为3.4×10-6。运用该因子对测量数据进行修正,得到SIAR的太阳总辐照度实际测量结果为(1365.70±1.24)W/m2。该修正完善了绝对辐射计的修正体系。     

基于可调谐激光器的太阳光谱辐照度仪定标方法

太阳光谱辐照度仪是利用棱镜分光技术对太阳直射辐射进行连续光谱测量的新型仪器,为了实现高精度观测要求,开展了基于可调谐激光器的系统级定标方法研究。使用激光导入积分球产生的均匀辐照度场作为定标光源,利用标准辐照度探测器作为传递标准,将低温绝对辐射计的辐射标准传递到太阳光谱辐照度仪。在仪器的870 nm波段进行了定标实验,与标准灯法、Langley法得到的定标系数进行比对,偏差分别为2.84%和4.08%,验证了该方法的可行性。根据不确定度评估规范,这种定标方法的不确定度优于0.882%,可以用于高精度的太阳光谱辐射观测。     

用光声光谱法测量紫外光探测器的光谱响应

为了解决紫外光探测器的光谱响应难以准确测量的问题,采用光声光谱的方法,以自制的高灵敏度光声探测器为标准探测器,建立了一套紫外光探测器的光谱响应测量系统,分别进行了理论分析和实验论证,取得了两种紫外光探测器的光谱响应的数据。实验结果表明,该测量系统结构简单、工作可靠、重复性好,在250nm~450nm范围内,能较准确地测量紫外光探测器的光谱响应曲线。这一结果对解决紫外光探测器的光谱响应难以准确测量的问题是有帮助的;该系统也适用于可见光探测器的光谱响应的测量和固体样品的光声光谱分析。     

太阳辐射计实验室定标方法

太阳辐射计是全球AERONET站点最重要的观测设备,为获取全球气溶胶时空分布提供了大量的观测数据。研究一种直接溯源于低温绝对辐射计的高精度定标方法,可以在实验室环境条件下获得太阳辐射计的直射通道和天空漫射通道的定标系数,详细介绍了太阳辐射计实验室定标原理、实验装置,在太阳辐射计的主要工作波段扫描获得绝对光谱响应度定标曲线,并对测量结果进行了不确定度分析。结果表明,天空漫射通道的定标不确定度低于0.8%,太阳直射通道的定标不确定度低于2.06%。     

FY-4A GIIRS数据探测大气水汽和臭氧的垂直空间特性评估

红外高光谱大气垂直探测仪数据的垂直空间特性由探测仪光谱性能指标间接决定,并与所关注的大气参数及其变化有并。本文在剔除大气参数探测信噪比过低的无效通道的基础上,针对FY-4A卫星红外高光谱大气垂直探测仪GIIRS数据对水汽和臭氧变化响应的峰值高度、高度分辨率、垂直不对称性及垂直覆盖范围进行了评估,并与大气温度探测的垂直空间特性评估结果进行对比分析。结果表明:1)和大气温度一样,FY-4A GIIRS对大气水汽具有垂直分布探测能力,水汽探测垂直覆盖12 km以下对流层(探测峰值高度在11 km以下),而大气温度探测覆盖整个对流层和平流层中下层;2)FY-4A GIIRS对臭氧具有10～21km高度范围臭氧总量探测能力,探测峰值高度集中在16.4 km附近。本研究有助于从探测垂直空间特性角度把握FY-4A GIIRS红外高光谱数据应用能力。     

紫外高光谱探测仪实验室辐照度定标研究

紫外高光谱探测仪在轨运行时通过地球光观测光路和太阳光观测光路获取辐射和光谱信息, 因此在发射前需 对载荷进行实验室定标。定标后获取的辐照度定标系数将用于在轨计算获取反演所需的太阳参考谱, 定标精度直接 影响仪器在轨探测及数据反演精度, 决定着获取的遥感信息的可靠性。采用直接发散光辐照度定标方法, 搭建二维定 标平台对定标光路进行不同角度、距离的标准灯测试, 将三个距离下的实验值借助最小二乘法线性拟合得到辐照度 定标系数, 并对系数进行角度等因素的校正。测试结果表明合成不确定度为 3.42%, 符合辐射定标要求, 表明了方法的 可行性。     

Assessment of Atmospheric Limitations on the Determination of the Solar Spectral Constant from Ground-Based Spectroradiometer Measurements

Ground-based solar radiometer measurements have long been used to investigate various properties of both the Earth's atmosphere and the sun. This paper addresses the problem of attempting to measure the solar spectral irradiance with heretofore unachieved levels of accuracy and precision (~0.5 and ~0.1 percent, respectively) via spectroradiometer measurements made at high-altitude ground stations. Instrumentation and calibration approaches are discussed, but attention is primarily directed toward assessing limitations imposed by the atmosphere. Assessments of factors such as diffuse light contributions, uncertainty in airmass determination, variability in atmospheric optical depth, spectroradiometer bandwidth, and data analysis methods are included in the paper.     

紫外-真空紫外光谱辐照度校准系统

为了适应紫外探测技术的迅速发展,满足对紫外光源和紫外探测器校准的需求,建立了紫外-真空紫外光谱辐照度校准装置。装置由标准光源（氘灯）、标准探测器（增强型硅光二极管探测器）、紫外单色仪、真空仓等组成。装置采用双标准比对的方式对被测仪器和器件进行校准。即用标准光源和标准探测器分别对被检紫外光源和被检探测器进行量值传递。校准的光谱范围为110~400 nm。对探测器校准的不确定度最大为12%（k=2）,对光源的校准不确定度最大为20%（k=2）。     

Surface ultraviolet irradiance from OMI

The Ozone Monitoring Instrument (OMI) onboard the NASA Earth Observing System (EOS) Aura spacecraft is a nadir-viewing spectrometer that measures solar reflected and backscattered light in a selected range of the ultraviolet and visible spectrum. The instrument has a 2600-km-wide viewing swath, and it is capable of daily, global contiguous mapping. We developed and implemented a surface ultraviolet (UV) irradiance algorithm for OMI that produces noontime surface spectral UV irradiance estimates at four wavelengths (305, 310, 324, and 380 nm). Additionally, noontime erythemal dose rate and the erythemal daily dose are estimated. The OMI surface UV algorithm inherits from the surface UV algorithm developed by NASA Goddard Space Flight Center for the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS). The OMI surface UV irradiance products are produced and archived in HDF5-EOS format by Finnish Meteorological Institute. The accuracy of the surface UV estimates depend on UV wavelength and atmospheric and other geolocation specific conditions ranging from 7% to 30%. A postprocessing aerosol correction can be applied at sites with additional ground-based measurements of the aerosol absorption optical thickness. The current OMI surface UV product validation plan is presented.     

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.     

在轨超高分辨率傅里叶光谱仪仪器线型函数更新方法研究

仪器线型函数是傅里叶光谱仪重要的物理表征参数之一,影响仪器测量光谱的精度.随着空间测量和大气探测等遥感应用在高精度上的需求,如何实时在轨测量并更新星载光谱仪的仪器线型函数,成为当前提高在轨超高分辨率光谱仪测量精度的重要手段.以傅里叶型光谱仪为例,根据仪器线型函数的原理,利用在轨超高分辨率光谱仪实测太阳光谱定标数据不受大气气溶胶影响且具有独立太阳弗朗和费线的特征,来对在轨超高分辨率光谱仪的仪器线型函数进行监督和更新.实验以Kurucz太阳光谱模型作为参考光谱,在对应波段范围内分别选取多条实测太阳定标光谱和参考光谱的特征峰,通过调整光谱仪的狭缝模型,对特征峰残差进行迭代对比,演算出仪器ILS参数变化.最后,用更新的仪器线型函数与临边理论光谱卷积,与实测临边定标光谱比较验证,误差范围在-6%~8%.结果表明,该方法可为在轨超高分辨率光谱仪仪器线型函数的监督更新提供参考依据.     

Ultraviolet emission from OH and ArD in microcavity plasma devices

Intense emission in the ultraviolet (250-400 nm) from OH (A²Sigma⁺) and the rare gas-deuteride excimer ArD has been observed from mixtures of H₂O vapour or D₂ in Ar and excited in microcavity plasma devices. Peak wavelength-integrated intensities are measured for H₂O and D₂ concentrations of ~0.16% and 0.5-1%, respectively. Spectral simulations indicate the OH (A²Sigma⁺, v' = 0) rotational temperature to be 440 plusmn 20 K for 600 Torr Ar/0.3 Torr H₂O mixtures excited in a 45 nL microcavity.