红外标准传递探测器研究

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术之一.从我国空间红外传感器的发展要求出发,结合国外基于绝对低温辐射计的红外辐射定标技术研究状况,研究了红外辐射定标对于标准传递探测器的性能要求,提出了常温电替代辐射计的设计方案.     

高精度中远红外辐射定标技术研究

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术之一。从我国空间红外传感器的发展要求出发，结合国外基于绝对低温辐射计的红外辐射定标技术研究状况，提出了利用宽波段可调谐激光器和球状InSb、HgCdTe光电探测器以及薄膜热电堆探测器TS-76来实现高精度中远红外辐射定标的技术方案。     

红外陷阱探测器的光谱辐射定标技术

遥感信息定量化要求高精度的光谱辐射定标技术支撑,使传感器获取数据可比较性、测量精度和长期稳定性得到保证,溯源于低温绝对辐射计的定标技术是发展趋势.为提高红外绝对光谱响应率定标精度,在一种薄膜热电堆传感器上加装镀金反射半球,研制了红外陷阱探测器作为标准传递探测器.利用电替代技术,测试了红外陷阱探测器光谱响应线性、空间响应均匀性和稳定性.通过溯源于低温绝对辐射计的光谱辐射定标系统,标定了其在1. 1~3. 0μm短波红外波段的绝对光谱响应率,合成不确定度小于1%.将红外陷阱探测器应用于红外光谱辐射定标,可缩短低温绝对辐射计的红外光谱功率标准传递链路并提高定标精度.     

溯源于低温辐射计的高精度遥感器辐射定标技术

低温辐射计作为拥有10-4不确定度的辐射初级标准已经开始运用于遥感器辐射定标领域。总结了低温辐射计的高精度初级标准传递至星载遥感器的定标过程,详细介绍了标准传递链中各级标准的不确定度。通过VXR、TXR在NASA的EOS计划中的应用及国内辐亮度探测器对FY-2号的实际定标,展现溯源于低温辐射计的定标技术广阔的应用前景。     

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。     

低温绝对辐射计不同定标光路的比对实验

低温辐射计是当前光辐射功率计量的最高标准,其测量精度的评价可以通过不同低温辐射计之间的比对来完成。开展了不同定标光路的低温辐射计比对实验。实验采用中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的陷阱探测器作为传递标准,在633 nm波段对传递探测器的光谱响应度进行了绝对标定。比对结果表明,传递探测器的绝对光谱响应度的测量一致性为3.610-3,定标总合成不确定度为3.310-4(k=1),实验结果验证了两家单位低温绝对辐射计定标系统的可靠性和高精度。     

基于低温辐射计高精度光辐射定标结果(1999和2003年)的对比研究

对1999年和2003年采用不同测量光路情况下可见光波段低温辐射计高精度光辐射定标测量结果及其不确定度进行了比较。结果表明，2003年低温辐射计激光功率测量不确定度比1999年的要小；2003年硅陷阱探测器光谱响应率测量不确定度和1999年的在同一水平上；陷阱探测器绝对光谱响应率变化在1．20%以内。这些结果证实陷阱探测器稳定性优良，光路改造合理。     

基于受激参量下转换的红外标准传递辐射计定标技术

基于受激参量下转换过程产生光子的相关特性,构建了一套无需制冷且只利用可见光探测器即可实现红外标准传递辐射测量的系统。首先详细描述了该红外标准传递辐射计系统的工作原理,接着利用标准黑体拟合获取了该系统的定标系数,由此得到红外标准传递辐射计温度与待测黑体响应值的关系,最后通过与水浴黑体在相同温度点的响应值所反演获取的辐射温度作比较,进一步评估和验证了该红外标准传递辐射计系统的不确定度。实验结果表明:该红外标准传递辐射计测量水浴黑体辐亮度的联合不确定度为1.64%,表明该红外标准传递辐射计可作为标准黑体到用户传感器的传递标准。     

基于光谱辐射计的航空发动机红外辐射特性测试方法

为体系化地开展地面目标的光谱辐射特性测试,提高光谱辐射计在地面目标红外特性测试中的精度,本文系统地介绍了基于光谱辐射计的地面目标红外辐射特性测试原理、光谱数据定标原理、目标测试及大气透过率测试方法。以基于光谱辐射计的航空发动机红外辐射特性测试为例,详述试验方案设计、试验实施过程、测试结果及分析。试验数据表明了本文所述方法的可行性和正确性,针对航空发动机的红外辐射特性测试方法也可推广应用于其他各类型地面目标的红外特性测试与评估当中,支撑地面目标红外光谱特性及隐身特性的研究。     

红外焦平面区域选取对辐射定标的影响分析

红外辐射定标是获取目标红外辐射特性的基础技术之一。辐射定标精度对后续目标的辐射特性测量具有重要的影响。针对中波红外辐射定标时探测靶面像元大小的选取,研究了其对辐射定标中系统线性度的影响。基于640×520元中波红外焦平面阵列,选取中心像元、中心100×100区域、中心200×200区域以及全靶面区域进行了研究。在高温段,中心20×20区域的随机误差为5.27%,中心100×100区域的最小误差为0.01%。在低温段,中心20×20区域的随机误差为1.78%,中心100×100区域的最小误差为0.45%。在一定靶面区域内,随着所选靶面的增大,误差逐渐减小。研究结果对红外探测器辐射定标靶面的选取具有一定的工程应用价值。     

超连续激光单色仪系统级光谱响应度定标比对验证

细分光谱扫描定标技术是实现遥感器高精度光谱辐射定标的重要方式,基于超连续激光单色仪的定标装置是实现遥感器细分扫描定标的新选择。为验证所建立的超连续激光单色仪装置的系统级定标能力,利用硅辐亮度计和滤光片辐射计,分别采用超连续激光单色仪定标装置和可调谐激光定标装置对其进行了系统级绝对光谱响应度定标比对验证。实验结果表明:在所验证波段范围内,两种定标装置获得的硅辐亮度计绝对光谱响应度系统级定标结果最大偏差为0.6%。通道式滤光片辐射计的带内绝对光谱响应度定标结果最大偏差优于0.4%,带内积分响应度最大偏差约0.1%。文中的研究验证了超连续激光单色仪定标装置具有良好的系统级定标能力,能够获得较高的定标精度,在遥感器的绝对光谱响应度定标中具有重要应用前景。     

基于PSO-AMLS的数据拟合方法在红外辐射计校准中的应用

针对红外辐射计标定中的数据拟合问题,提出了一种基于PSO-AMLS算法的数据拟合方法。该方法结合了粒子群算法(PSO)和自适应移动最小二乘法(AMLS)。采用的PSO算法可以实现自适应移动最小二乘法中参数的最优化,提高了红外辐射计的校准精度。区别于传统的应用于红外辐射计校准中的数据拟合方法,文中提出的基于局部近似的PSO-AMLS数据拟合方法,不仅可以得到红外辐射计输出电压与准直辐射源辐射之间的对应关系,而且在数据处理中通过灵活的数据处理机制,可以降低因拟合数据不均匀分布对拟合结果产生的不利影响。实验结果表明,文中提出的PSO-AMLS数据拟合方法,优于红外辐射计校准中所用的传统数据拟合方法,可以提高数据拟合精度。     

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。     

红外光谱仪多点定标方法及环境温度校正

在红外光谱仪的定标中，为了减小误差，可以选取多温度点的测量来进行定标；此外对于测量较弱红外辐射的光谱仪，环境温度对定标结果也有不可忽视的影响．本文主要讨论利用测量多温度点的标准黑体进行定标的方法、试验结果分析以及环境温度对定标结果的影响．     

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)。