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。     

高精度智能化可见/近红外积分球辐射定标装置

设计了由硅光电探测器作为反馈元件,采用DSP控制主光源开口处电动可调光阑大小,实现输出光谱辐亮度值连续可调的高精度程控化可见/近红外波段积分球辐射定标装置。经过理论设计和计算,在该装置内放置挡屏,保证了出射口处输出光谱辐亮度值的均匀性。使用PR-655高精度扫描式亮度计测量出该装置的最大输出光谱辐亮度值为23 061 cd/m2;在直径150 mm范围内的光谱辐亮度值的非均匀性为1.04%;输出光谱辐射亮度值的稳定性为0.8%。实验结果表明:该装置完全可以满足可见/近红外光学遥感仪器的地面辐射定标需要,并可实现智能程控化控制,提高了定标测试精度。     

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。     

基于热红外标准辐亮度计的常温黑体定标技术

常温黑体作为红外光电探测系统的定标光源,其辐亮度的不确定度直接决定了被定标红外系统的探测精度。为了提高黑体的现场定标精度,采用标准辐亮度计开展了面型和腔型结构的三种黑体的辐射定标实验研究。标准辐亮度计溯源于国家计量院标准黑体,不确定度为0.22%。通过直接测量三种黑体的绝对辐亮度,获得了辐亮度温度,并进一步导出了发射率。结果表明,三种黑体的设置温度与其辐亮度温度存在0.6~2.6 K 的差异,由此产生的绝对辐亮度的不确定度达1.4%~5.5%。基于标准辐亮度计的直接定标法避免了温度和发射率测量引入的不确定度,有利于实现黑体现场系统级定标和绝对辐亮度监测。     

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。     

双通道热红外标准辐亮度计定标方法研究

黑体辐射源作为初级标准,其辐射特性的测量精度决定了整个标准传递链路的不确定度。为了提高黑体的辐亮度测量精度,研制了一台可直接观测黑体辐亮度的双通道热红外标准辐亮度计。根据仪器的工作原理,采用自行研制的高精度水浴黑体获取标准辐亮度计的定标系数。实验结果表明,该辐亮度计的1 h信号非稳定性优于0.3%,定标系数拟合不确定度优于1.23%,5 m通道整体不确定度为0.39%,10 m通道整体不确定度为1.3%。可实现黑体辐亮度与实验室辐射标准之间的传递。     

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。     

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.     

参量下转换辐射定标技术研究进展

目前光学遥感器定标一般都需要建立高精度的初级标准,然后以一定的比较链传递到用户传感器,初级标准精度和标准传递环节是测量不确定度的主要来源。结合国内外近几年开展的参量下转换定标方法、理论和实验结果,指出参量下转换作为绝对辐射定标的标准光源和标准探测器的自身优势。根据参量下转换定标技术向实际应用发展的需要,介绍参量下转换辐射定标技术向宽波段、模拟探测器定标方面发展的必要性、技术难点和解决途径。     

定标漫反射板实验室系统级BRDF测量方法

星上定标系统是卫星遥感器的重要组成部分,用于实现仪器的星上辐射定标等功能。介绍了安装在某一时间调制型傅里叶变换光谱仪上的星上定标系统,该星上定标系统采用漫反射板太阳辐射定标方法进行仪器在轨全口径、全光路、全视场的星上辐射定标。定标漫反射板在光谱仪光路最前端反射太阳光,通过已知的大气外太阳照度和漫反射板的双向反射分布函数BRDF确立辐亮度标准。定标漫反射板的BRDF需要在实验室进行精确测量。介绍了在光谱仪整机状态下使用太阳模拟器和标准漫反射板进行定标漫反射板实验室系统级BRDF测量的方法,对使用定标漫反射板系统级BRDF进行星上辐射定标时的绝对辐射定标精度进行了分析,绝对辐射定标精度能够满足5%的指标要求。     

基于单片机的高精度温度测量系统设计

提出采用单总线数字式温度传感器DS18B20和单片机组成的新型高精度温度测量仪的设计。介绍了温度传感器DS18B20的结构、特点和工作原理,设计了DS18B20和AT89S52单片机的温度测量系统硬件电路和软件编程,主要包括温度采集、温度显示及报警控制等功能。整个系统具有结构简单,测量精度高,传输距离远,抗干扰能力强,温度读取方便和造价低等一系列优点,适用于生产生活及科学研究中对温度的测量,应用前景十分广阔。     

新型高准确度分光光度计的设计与测试

目前,干涉滤光片已广泛运用到辐射度学测量、光度学测量等领域,为保证其光谱透过率测量的高准确度,提出了采用基于DK242单色仪,入射、出射光路独立设计的全自动,单光路分光光度计,其测量部分采用了硅探测器与积分球组合的探测单元,提高了测量的准确度。装置的不确定度源包括波长定标、探测器均匀性、系统稳定性、光束移位等,装置整体不确定度达到8.78×10^-3,满足设计要求。     

变积分时间的空间红外相机单点绝对辐射定标法

针对星上多点辐射定标获取方法问题,研究了变积分时间的单点绝对辐射定标方法。首先,根据红外相机响应特性建立了变积分时间的红外成像系统响应模型;其次,分析了变积分时间和变辐射亮度相机响应模型的理论差异,提出了利用星上单点标准变积分时间的红外相机绝对辐射定标方法;最后,结合探测器的光谱响应曲线,分析了变积分时间单点定标法引入的系统误差。实例计算表明:在积分时间为10 ms、温度范围为250～500 K的黑体辐射能量下,对应适当温度的单点标准变积分时间绝对定标方法,引入的最大原理误差可达1.5%。变积分时间的单点绝对定标方法避免了黑体多点定标设计和控制的复杂性,可用于空间红外相机的在轨辐射定标。     

GF5B热红外通道星上定标与验证

以GF5B卫星发射前实验室定标为基础,采用星上0级黑体定标数据,建立了适用于GF5B热红外通道的星上绝对辐射定标模型。通过对2022年01月12日星上黑体定标数据进行处理,获得成像仪热红外通道的绝对辐射定标系数。对星上定标系统精度进行分析,并采用地面同步烟台浮标数据对定标结果进行精度验证,结果表明,在轨后星上定标系统的绝对定标精度为0.9 K;星地验证结果显示B11和B12通道亮温的偏差分别为0.33、0.77 K。说明基于星上黑体的定标方法具有较好的精度,定标结果可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要,为实时准确获取热红外通道定标系数提供了方法借鉴。     

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%。     

基于ARM9平台的电子指南针的设计

针对指南针精度与显示界面的问题,在ARM9的开发平台上,设计了一款界面美观且能够实时显示方位、温度和时间的电子指南针。该系统采用了灵敏度和精度高的磁力传感器MAG3110检测方位,采用了智能型温度传感器DS18820检测温度,并选择了LinuxQt作为电子指南针图形界面的开发平台。实验结果表明,指南针方位精度达±2。,温度精度达±0．5℃,能够使用在普通导航领域上。     

红外通道式野外辐射计的光机设计及性能测试

为满足遥感器在轨辐射定标的需求,研制了用于现场测量的红外通道式野外辐射计（Infrared channel field radiometer, ICFR）,阐述了ICFR的整机工作原理、光学系统设计和机械结构设计,开展了ICFR实验室辐射定标和定标不确定度分析,结果表明ICFR各通道接收辐亮度与响应DN值具有较高的线性关系,辐射定标不确定度优于0.16 K。开展了ICFR抗热冲击性和工作环境温度适应性测试,结果表明ICFR具有较强的抗热冲击能力,能够适用于?20~50 ℃的工作环境。为检验验证ICFR测量数据的准确性和仪器的可靠性,在国家高分辨率遥感综合定标场开展了ICFR和CE312的外场比对实验,结果表明两台设备测量的地表亮温具有相同的变化趋势,二者对应通道测得的平均亮温偏差小于0.1 K,标准偏差小于0.3 K,验证了ICFR具有与CE312相近的测量精度和稳定性,在遥感器热红外波段场地定标方面具有重要应用前景。