多角度偏振成像仪系统级偏振定标方法研究

系统级偏振定标是多角度偏振成像仪(Directional polarization camera, DPC)研制过程中的关键环节,对于提高大气气溶胶和云相态等定量化探测应用具有重要意义。结合矩阵光学和辐射度学理论,建立了多角度偏振成像仪偏振响应定标模型,对关键影响参量进行定标。采用大口径积分球参考光源和分视场测量方法,消除了光楔平板对DPC三检偏通道视场非一致性的影响,实现了高频和低频相对透过率的高精度测量。采用傅里叶级数的分析方法,建立全视场起偏度的测量模型,消除参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现光学系统偏振特性的准确测量。采用可调偏振度光源和大口径积分球辐射源,开展了偏振定标精度的比对验证实验和精度分析。测试结果表明,全视场偏振定标精度优于0.5\%,自然光状态下的偏振定标精度优于0.05\%,验证了宽视场偏振遥感器偏振辐射响应定标模型的合理性,说明该系统级偏振定标方法可满足宽视场光学偏振遥感器的高精度偏振观测科学应用要求。     

星载偏振扫描仪的星上偏振定标方法

为保障偏振扫描仪长期在轨的偏振测量精度,研究了偏振扫描仪的星上偏振定标原理与方法。首先,针对分孔径和分振幅的技术特点,结合实际的误差来源,理论推导了系统探测矩阵;其次,根据仪器参数,利用已知偏振态的线偏振光和非偏振光,推导了星上偏振定标方程;然后,设计了用于星上偏振定标的线偏振定标器和非偏振定标器;最后,提出了利用已知偏振度的太阳漫射板辐射定标数据来校正偏振扫描仪的低偏振度测量精度和稳定性。所提出的星上偏振定标方法具有高精度、高频次、高效率等特点,可满足长期在轨偏振测量精度为0.005的应用需求。     

通道式偏振遥感器偏振解析方向测量误差分析及验证

通道式遥感器的偏振测量核心部件通常是相似的,即不同偏振解析方向的检偏器组合进行探测。同一系统中不同偏振解析方向之间的相对角度误差成为影响偏振遥感探测精度的重要因素之一。文中对该相对角度误差的影响以及提高测量精度的方法进行了研究。首先,分析了相对角度误差对偏振测量精度的影响;其次,对测量过程中存在的误差源进行了仿真分析及实验对比分析,根据该设计具体的实验参数和实验方法,验证仿真结果的正确性;最后,通过通道式遥感器偏振实测结果验证其测量的可靠性。系统偏振度测量值与可调偏振度光源输出的偏振度参考值比对,最大平均偏差为0.735 3%;与CE318测量比对的最大平均偏差为0.036。实验结果满足实际使用的偏振测量精度要求,说明偏振解析方向测量方法选择合理,可以为偏振遥感器的装调和高精度定标提供参考。     

同时偏振成像仪检偏方位校正研究

同时偏振成像探测技术是近年发展起来的新型遥感探测技术,该技术采用分振幅方式,在同一个探测器上同时获得被探测目标0、45、90、135四个偏振方向的偏振强度图。这四个检偏方位受到仪器自身偏振效应、偏振器件误差和膜层的影响会发生偏离,为了保证偏振探测精度,对系统的四个检偏方位采用Equator-Poles 定标和曲线拟合的方法进行校正,两种方法测量结果一致性在0.4%以内。线偏振度实测精度与理论分析精度都在2%以内,这验证了检偏方位校正的有效性。     

基于斯托克斯椭偏测量系统的多点定标法

斯托克斯椭偏仪可快速测量光束的偏振态,仪器矩阵的精确测量是斯托克斯椭偏仪一项非常重要的技术。为提高仪器矩阵的测量精度,基于四点定标法,提出了斯托克斯椭偏测量系统的多点定标法,并从理论上证明了该方法。在多点定标法的基础上采用六点定标法进行实验验证,结果表明采用多点定标法对系统定标是完全可行的,为斯托克斯椭偏仪的定标提供了新思路。同时六点定标法比四点定标法以及E-P定标法所获得的仪器矩阵更准确,在测量精度方面,该方法获得的斯托克斯参数的总均方根(RMS)偏差为3.15%。     

通道式偏振遥感器偏振定标方法研究

通道式偏振遥感器可获取目标光谱辐亮度、偏振度和偏振方位角等多维度信息,是目前最常用的偏振遥感探测的主要仪器类型之一。介绍了通道式偏振遥感器偏振定标的原理,根据矩阵光学理论和辐射度学理论,构建新的Stokes矩阵,从光谱维建立完善的偏振定标模型,分析了需要定标反演的参数,并给出了相应的定标方法,可为类似的通道式偏振遥感器的偏振定标工作提供参考。     

多角度偏振成像仪高精度辐射定标方法

开展高精度辐射定标方法研究,对于多角度偏振成像仪实现大气气溶胶粒子分布和微观物理特性探测反演的科学应用至关重要。采用傅里叶级数的分析方法,建立了全视场起偏度的测量模型,消除了参考光源偏振方位角绝对位置引入的测量误差,实现了光学系统偏振特性的准确测量。结合多角度偏振成像仪的辐射与偏振定标模型,开展了光学系统偏振特性的校正方法研究,实现偏振特性引起辐射定标不确定度由8%下降至2.2%以内。利用高精度二维转动平台和大口径积分球辐射源,采用分视场测量方法, 校正像元响应非一致性,实现相对辐射校正精度优于0.5%。采用基于标准灯漫反射板的辐亮度量值传递链路,经过各影响因素的分析评测,所有波段辐射定标精度均优于5%。     

多光谱偏振大气探测系统定标处理

偏振探测系统定标对于大气探测有着重要意义,是基于偏振探测的大气参数高精度反演的必要基础。中科院安徽光机所研制了星载大气同步校正仪的航空样机,它是一种多光谱偏振探测设备。利用该仪器可获取多光谱偏振信息,从而反演出与遥感成像时空同步的大气参数,实现大气校正。该仪器的定标处理对于准确获取大气参数至关重要。针对大气校正仪多通道偏振探测的特点,设计了定标方案。通过光谱定标、辐射定标和偏振定标,获取探测系统的Muller矩阵,建立仪器各通道探测值DN与斯托克斯参量间的联系,从而为系统的实际应用,提供重要基础。     

基于LABVIEW的分振幅光偏振态测量系统

基于LABVIEW平台开发了分振幅法（DOAP）光偏振态测量系统,为快速实时偏振态测量技术的研究和应用提供了一种可靠,快捷的模型。在硬件设计方面,利用单片机同步数据采集技术实现了DOAP的多路探测．结合LABVIEW流程式编程和多线程技术,针对偏振态测量的特点设计了相应的控制算法和功能界面,可实现系统定标,偏振光源设置、图形化偏振态显示等功能。通过系统测试分析,理论值和测量值数据相当吻合,可实现每秒500次的偏振态测量。     

紫外偏振成像系统定标实验方法研究

紫外偏振成像技术在痕迹检测、宇航探测等方面有着独特的优势, 然而目前已开展的研究主要针对紫外偏振 成像技术和系统本身, 而针对紫外偏振成像系统定标方法的研究还相对缺乏。为了解决紫外偏振成像系统的定标问 题, 利用自研的紫外偏振分时成像系统研究设计了一种系统定标实验方法。通过分析紫外偏振成像系统的设计原理, 开展定标实验, 实现了紫外偏振成像系统的辐射定标和偏振定标。测试结果表明, 定标后系统均匀性误差降至 1% 以 下, 偏振度测量误差小于 2%, 满足系统定标精度要求, 验证了该定标实验方法的有效性, 对紫外偏振成像系统定标具 有指导意义。     

投影结构光空间位置和形状的标定方法研究

提出了结构光三维测量系统中投影结构光的空间位置和形状的多点拟合标定方法.在结构光三维测量系统有效视场范围内,空间靶平面多次改变并覆盖整个有效视场.利用投影矩阵与坐标变换关系,由投影结构光与空间靶平面的相截线来确定结构光在整个有效视场范围内的多个三维数据点,通过多点拟合,完成其空间位置和形状的标定.最后以多光片投影双目视觉三维测量系统中9条结构光的标定实验,验证了该方法的可行性和有效性.     

Accurate spectral characterization of polarization-dependent loss

Building on previous work, a rapid automated nonmechanical measurement system for spectral characterization of polarization-dependent loss (PDL) has been developed. A deterministic fixed-states Mueller-Stokes method in conjunction with realtime calibrated spectral information is used to derive wavelength-dependent Mueller matrix elements. Voltage-modulated liquid-crystal variable retarders set the input polarization states. A narrow voltage-tuned filter provides a wavelength sweep following a broadband source; the sweep wavelength is calibrated in realtime by hydrogen cyanide reference lines. This rapid measurement system can measure PDL over a wavelength range of 15 nm in 5 s. A complete uncertainty analysis has been conducted for PDL in the range of 0.05 to 0.3 dB with an expanded uncertainty of 0.0098 dB over the range of 1535 to 1560 nm. Performance was verified using a Fresnel reference. Finally, design and performance results from all-fiber artifact calibration standards are presented.     

外场雷达目标RCS极化特性测量方法

在外场动态RCS测量中,普遍采用自由空间标准金属球对测量系统进行标校,但这种方法只能完成对测量系统同极化的标校,而不能对交叉极化通道进行标校。在对各种标准目标的RCS极化矩阵进行详细分析的基础上,提出了一种新的标校方法,该方法能同时对测量系统的同极化和正交极化通道进行校准。     

DoA Estimation Via Manifold Separation for Arbitrary Array Structures

In this paper, we consider the manifold separation technique (MST), which stems from the wavefield modeling formalism developed for array processing. MST is a method for modeling the steering vector of antenna arrays of practical interest with arbitrary 2-D or 3-D geometry. It is the product of a sampling matrix (dependent on the antenna array only) and a Vandermonde structured coefficients vector depending on the wavefield only. This allows fast direction-of-arrival (DoA) algorithms designed for linear arrays to be used on arrays with arbitrary configuration. In real-world applications, the calibration measurements used to determine the sampling matrix are corrupted by noise. This impairs the performance of MST-based algorithms. In particular, we study the effect of noisy calibration measurements on subspace-based DoA algorithms using MST. Expressions describing the error in the DoA estimates due to calibration noise and truncation are derived. This allows predicting the performance of MST-based algorithms in real-world applications. The analysis is verified by simulations. We established a link between the optimal number of selected modes and the statistics of calibration noise. We analyze the modeling error when MST is used for 1-D (azimuth) DoA estimation.     

基于激光光源的太阳辐射计视场角测量方法

视场角（FOV）是太阳辐射计的基础参数,也是太阳辐射计传递定标方法和室内积分球光源对比定标方法的关键参数,获取高精度的FOV是提高此类定标方法精度的重要手段。基于矩阵扫描测量方法,针对CE318型太阳辐射计,研制了激光光源测量FOV系统,并将测量结果与传递定标法进行了对比验证。结果表明：基于激光光源的矩阵扫描测量效果最好,不确定度为0.4%~1.1%;而基于太阳光源矩阵扫描测量受太阳运动的影响,因此有一定的发散角,导致测量结果比激光光源测量结果小约1.3%~1.4%。此外,在太阳辐射计历史定标系数较多时,激光光源测量结果与传递定标法计算的FOV结果一致性较好,说明传递定标法在历史数据多时也可以得到较精确的FOV结果。     

Off‐grid DoA estimation method of wideband signals

In this paper, an off‐grid direction of arrival (DoA) estimation method is proposed for wideband signals. This method is based on the sparse representation (SR) of the array covariance matrix. Similar to the time domain DoA estimation methods, the correlation function of the sources was assumed to be the same and known. A new measurement vector is obtained using the lower‐left triangular elements of the covariance matrix. The DoAs are estimated by quantizing the entire range of continuous angle space into discrete grid points. However, the exact DoAs may be located between two grid points; therefore, this estimation has errors. The accuracy of DoA estimation is improved by the minimization of the difference between the new measurement vector and its estimated values. Simulation results revealed that the proposed method can enhance the DoA estimation accuracy of wideband signals.