可在轨溯源的太阳反射波段光学遥感仪器辐射定标基准传递链路

分析了现行光学遥感仪器辐射定标方法的局限性,以满足定量化遥感的精度及多数据融合比对研究的需求。设计了以空间低温辐射计为初级辐射基准,以太阳为光源,包括太阳单色仪、太阳光谱仪、传递辐射计、太阳漫反射板等组件在内的可在轨溯源的光学遥感仪器辐射定标基准传递链路。首先以低温辐射计和太阳光源建立的光谱辐射基准定标传递辐射计和太阳光谱仪;然后利用传递辐射计定标太阳漫反射板,建立对地光谱辐亮度基准;继而将基准传递至地球光谱成像仪作为对地观测标准,从而实现对其它卫星光学遥感器的交叉定标。对光学遥感仪器辐射定标基准传递链路各个环节的分析显示,辐射定标基准传递链路的测量相对不确定度为0.75%。结果表明,以此辐射基准传递链路构建覆盖我国空天一体的遥感定标网络可为建立平行于地面基准体系的空间数据质量保障体系奠定技术基础。     

自校准型光谱辐亮度标准光源

针对高精度空间光学定量遥感的需求,研制了一种采用数字微镜器件的自校准型光谱辐亮度标准光源。该光源具有两种工作模式:在窄带工作模式下,由Gershun管辐射计和CAS光谱辐射计自校准;在宽带工作模式下,作为光谱辐亮度标准光源用于地面或空间遥感仪器的光谱辐亮度响应度定标。以光谱辐照度标准光源和Spectralon标准漫反射板组成光谱辐亮度标准光源为CAS光谱辐射计定标,测得自校准光源的光谱辐亮度。又以标准探测器定标的Gershun管辐射计测量自校准光源,采用迭代法得到自校准光源的光谱辐亮度。窄带模式下两种不同定标方法对自校准光源的光谱辐亮度测量结果在测量不确定度允许范围内一致。不确定度分析显示:基于标准光源和基于标准探测器的自校准光源光谱辐亮度测量不确定度分别为1.41%~2.09%和1.28%~1.61%。实验及不确定度分析结果表明,该光源可以满足高精度空间光学定量遥感的使用要求。     

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的实验室定标

采用四通道凸面光栅成像光谱仪设计了星载大气痕量气体差分吸收光谱仪,该光谱仪用天底推扫方式探测地球地表或天空散射光信号,基于痕量气体对不同谱段光信息的“指纹”吸收和差分吸收光谱算法定量获取大气痕量气体分布.针对该光谱仪的大视场、宽谱段、高分辨率(光谱、空间)等特点,提出了相应的光谱定标和辐射定标方法,建立了定标系统,实现了对载荷的光谱定标和辐射定标,并对其定标的不确定度进行了分析.结果表明,载荷光谱定标不确定度为0.027 nm,辐射定标不确定度为2.96％,满足给定的技术指标要求,为载荷的定量反演提供了保证.     

静轨紫外可见高光谱探测仪星上外定标方案

紫外可见高光谱探测仪搭载于地球同步轨道卫星,具备高时间分辨率、高光谱分辨率、长寿命周期等特点。研究其星上外定标方案,消除内定标装置衰减等变化带来的影响,是实现遥感器在轨高精度定标或检校的重要手段。本文结合静止轨道卫星的特点,建立了紫外可见高光谱探测仪辐射特性分析流程,比较了不同外定标方案的特点及它在地球同步轨道卫星上的可行性,提出并分析了一种采用太阳定标、月球定标和恒星定标相结合的高光谱探测仪在轨绝对辐射定标方案。定标不确定度分析表明,太阳定标不确定度为3.6%,恒星定标不确定度为3.87%,基于月球定标漫反射板监测不确定为3.55%,满足在轨定标要求。     

传递辐射计光谱通道的优化设计

鉴于传递辐射计对成像光谱仪定标时其通道选择对成像光谱仪的定标精度具有重要影响,本文使用MATLAB语言编写评价函数,作为对3 000K黑体光谱曲线进行多光谱反演精度的评价标准,最后利用MATLAB遗传算法和模式搜索算法工具箱对评价函数寻找最小值解,即传递辐射计的最优通道选择,并根据评价函数对光谱通道数、中心波长偏移、带宽展宽和测量系统误差对光谱反演精度的影响进行分析。结果表明,为实现0.12%的光谱反演精度,要求传递辐射计中心波长的偏移量不超过0.2nm、带宽展宽不大于0.02nm,测量系统误差小于0.1%。本研究可以指导传递辐射计的设计,对提高地球成像光谱仪的定标精度具有重要意义。     

单色仪与成像光谱仪的交互光谱定标

为了提高成像光谱仪的光谱定标精度,降低定标过程的复杂度,本文基于单色仪扫描定标法的原理,提出了交互光谱定标的思想,设计了适用于单色仪与成像光谱仪的交互光谱定标系统。分别对单色仪与成像光谱仪进行了光谱定标实验,并对定标数据进行了处理分析。结果显示:单色仪光谱定标精度优于±0.1nm;成像光谱仪的光谱区大于400~800nm,光谱分辨率优于3nm。该交互光谱定标系统避免了对单色仪和成像光谱仪分别定标需要两个探测器的弊端,定标过程中只需切换定标模式,简化了定标过程,能够同时保证单色仪与成像光谱仪的定标精度,具有复杂度低、通用性强、适用范围广及较高的定标精度等优点,可满足实际使用要求。     

空间低温绝对辐射初级基准实验特性及测量精度评估

高精度星上辐射基准的建立是提升在轨辐射定标精度的主要技术手段,本文开展了溯源至国际基本单位制(SI)的空间低温绝对辐射基准研究。自主研制高灵敏度低温绝对辐射探测器,设计高热阻的探测器与冷指连接结构以提升灵敏度,通过多级精密温控建立优于0.4 mK的高稳定热环境。采用大冷量两级脉冲管制冷机,通过压缩工质气体的斯特林循环获得20 K的深低温工作环境。建立低温绝对辐射测量链路,评估测量不确定度,并与国家计量科学研究院的基准低温辐射计进行对比。实验结果表明:空间低温绝对辐射计实验样机的灵敏度达到3 565 K/W,对0.4 mW量级激光功率的测量重复性达到0.017%,相对标准不确定度为0.029%;与基准低温辐射计的归一化偏差为0.4,验证了不确定度评估结果的有效性。该工作为研制空间低温绝对辐射计奠定关键技术基础,对基于绝对探测器的在轨辐射定标方法研究具有重要意义。     

基于航天单色仪的在轨辐射定标应用与发展

叙述了广泛应用的光栅单色仪的色散原理,介绍了其常用的几种反射式水平成像系统的光学结构型式,描述了其波长定标和能量定标方法。对搭载航天单色仪的几个现有遥感仪器,如中分辨率成像光谱仪(MODIS)、太阳光谱分光计(SOLSPEC)、太阳后向散射紫外辐射计(SBUV)、紫外臭氧垂直探测仪-太阳后向散射紫外探测仪(UOVPP-SBUS)以及欧洲航天局(ESA)的TRUTHS项目等在辐射测量、光谱定标和绝对定标方面的应用现状进行了说明。最后讨论了未来航天单色仪可能的发展趋势及应用前景,指出采用太阳光源、航天单色仪和低温绝对辐射计相结合的绝对定标系统将是今后最具潜力的发展方向之一。     

利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计

基于内部照明积分球的辐亮度定标方法,获得了接近理想的大面积辐亮度光源(~2%),标定了在研的空间紫外遥感光谱辐射计的亮度响应度。在假设标准灯为均匀亮度的点光源情况下,对照明因子进行了修正。同时利用两种漫反射板对此修正进行了实验研究,得到了采用两种漫反射板标定的光谱辐射计亮度响应度有很好的一致性(1%)的结论。初步的定标数据分析显示,石英卤钨灯光谱辐照度测量的相对不确定度和距离测量的不确定度是积分球定标最主要的不确定度来源,可用于紫外波段光谱辐射计的高精度辐射定标,并可以极大地降低定标不确定度。     

基于多光源的光谱分布可调谐光源系统

针对定标光源和遥感器在轨探测目标的光谱非匹配对空间光学遥感器实验室辐射定标精度的影响,设计了一种基于发光二极管（LED）和基底光源的光谱分布可调谐光源。采用该光源模拟了典型地物目标光谱,用于遥感器的实验室绝对辐射定标,大幅降低了光谱非匹配带来的影响。首先,从理论上分析了光谱非匹配影响遥感器绝对辐射定标精度的机理;然后,根据设计指标确定了光源的设计方案,解决了光源的选型与光谱匹配算法设计、光谱分布可调谐光源驱动和控制系统、目标光谱匹配与光谱反馈调整、光谱分布可调谐光源光机设计等四项关键技术问题;最后,对光源进行了性能测试。测试结果显示：等能光谱和6 000 K黑体光谱的光谱匹配误差分别为6.37%和8.76%,出光口的辐照度非均匀度为0.53%,30 min内的辐照度不稳定度为0.03%,水平方向±30°内的辐亮度角度非均匀度为0.80%,各波长处光谱辐亮度值均高于0.07 W/（m²·sr·nm）,410~900 nm波段积分辐亮度为58.3 W/（m²·sr）,均满足设计指标。     

紫外ICCD辐射定标的研究

国内至今尚未见有紫外增强型CCD(UV-ICCD)探测器定标的相关研究报道,为保证紫外测量数值结果的准确性和电力电晕探测等应用提供直接的技术支持,有必要对UV-ICCD的辐射定标技术进行研究,以建立输入辐照度和探测器数字化输出之间的响应特性。推导了辐射定标的原理,并对UV-ICCD探测器进行了基于标准氘灯的辐射定标,标准光源由美国国家标准和技术研究所(NIST)标定,其不确定度为5％。实验标定了在固定积分时间和MCP增益情况下UV-ICCD探测器的响应以及UV-ICCD探测器响应与MCP增益之间的关系。初步的定标数据显示,UV-ICCD探测器的响应是线性的,MCP增益与输出的图像平均灰度值成正比。最后,对影响定标结果的不确定度进行分析,分析结果表明辐射定标的最大误差约为7.94％,满足精度要求。     

Quantifying impacts on the measurement uncertainty in flow calibration arising from dynamic flow effects

Traceability of the measurement units in fluid flow metering, as the state-of-the-art approach, is practiced as a so-called element-by-element method which relies upon the idealistic assumption that the measurement process in a flow calibration facility can be run under exact steady-state conditions, that is, absolutely no fluctuations of the flow quantities are assumed to occur during the flow measurement process. Practical experiences, combined with a model-based analytical view of the measurement process in a flow standard, have revealed that dynamic impacts on the measurement uncertainty due to flowrate fluctuations have to be taken into account, in addition to the steady-state traceability chain.     

基于多光谱显微成像的颗粒表面温度分布测量

分别采用彩色相机和多光谱相机构建辐射测温系统,利用黑体炉进行温度模型标定实验,并基于BP神经网络对标定数据进行训练得到测温模型。通过蜡烛火焰的温度测量实验,验证了测温模型的可靠性,且结果显示多光谱成像测温系统的测温精度高于彩色相机测温系统。针对常规辐射成像测温系统空间分辨率不足的问题,采用多光谱相机结合显微镜搭建了显微测温平台,对高温热台内的单石油焦颗粒燃烧过程进行记录,得到了石油焦颗粒表面的温度分布以及随时间的温度变化过程。     

万能工具显微镜常见故障修理

万能工具显微镜是一种常见的二维坐标尺寸测量的光学仪器,其仪器的通用性广、测量精度高,被广泛运用,本文主要阐述了万能工具显微镜在使用过程中的常见故障及维修方法,如主显微镜放大倍率的调整、仪器主镜头零位的调整、横向导轨直线性超差的原因判断及调修方法等,以保障仪器的正常使用和精密测量。     

自动测试系统计量策略及指标确立准则研究

为解决自动测试系统缺乏有效的计量保障工程,提出了ATE计量策略和计量保障系统指标确定准则。采用通用系统的设计思想,将系统结构划分为计量校准模块和计量资源输出模块。充分考虑测试资源实际应用情况和UUT技术指标,根据装备计量保障通用要求,以及测量不确定度评定与表示评定要求,保证系统内部形成阶梯溯源链的前提下,提出了整体计量指标的确定方法。实践证明,这种方法在工程实践中取得了较好的效果。     

测绘一号卫星相机的光谱和辐射定标

对测绘一号卫星相机的各个光谱通道进行了光谱定标和辐射定标以验证其光谱辐射性能是否达到设计指标要求。进行光谱定标时,利用单色仪分光谱扫描波长提供准直单色辐射照明,同时同步采集定标图像数据;然后将图像灰度值与已经过校准的参考标准探测器的输出进行比对和数据处理,得到相机各个谱段的相对光谱响应函数曲线,从而进一步获得各项光谱特性参量。辐射定标时,采用近距离面源法充满相机的孔径和视场进行端对端的绝对和相对辐射定标。星上内定标则采用经老炼和筛选过的发光二极管(LED)作为星上定标光源,对焦平面阵列探测器及其成像电路的状态和辐射响应性能变化进行在轨监测,在必要的情况下予以校正。定标结果显示:测绘一号卫星相机的各项光谱和辐射性能均达到了设计指标要求,经过相对辐射校正后响应非均匀性由1.93%下降到0.22%,相机全色谱段信噪比超过90倍,多光谱各通道信噪比优于180倍;发射后在轨星上内定标数据与发射前实验室测试结果的比对显示相机的辐射响应性能未发生明显变化,暂时无须校正。     

软X射线辐射测量

在软X射线辐射测量中,和光度学一样,光源标准和探测器标准都同时存在,长春光机所八十年代初,研制了真空紫外光谱区的标准光源;近两年研制了软X射线标准探测器稀有气体电离室和传递标准探测器Al₂O₃光二极管。电离室光谱响应的稳定性和重复性好于±2%;光谱辐射绝对定标的不确定度小于±5%。Al₂O₃光二极管光谱响应稳定性好于±2%,数只二极管的一致性好于±6%。     

Fundamental uncertainty analysis of flowrate measurement using the ultrasonic Doppler velocity profile method

The present paper describes a fundamental uncertainty analysis for a flowrate measurement in a pipe using an ultrasonic Doppler velocity profile method and an evaluation of the estimated uncertainty by an actual flow calibration. The uncertainties are estimated for internal factors originating from the measurement equipment; UVP provided by Met-Flow sa. and external factors depending on on-site measurements, such as the inclination angle of the ultrasonic transducer. The relative expanded uncertainty due to internal factors is estimated to be 0.34% with a coverage factor of 2. The relative external uncertainty including external factors is estimated to be from 0.42% to 2.13% depends on the inclination angle of the transducer. The results of the actual flow calibration under the same condition as the uncertainty analysis are within the range of uncertainty considering the internal factors.