利用Σ-Δ型模数转换器解决光辐射定标中弱信号测量的设计难题

随着光学遥感仪器的迅速发展,要求光谱辐射定标技术具有前所未有的高精度和长期测量的稳定性。基于探测器的新一代辐射定标技术可以满足这一需求。多波段绝对辐亮度标准探测器是辐射定标技术中的核心仪器,这种光学遥感仪器在野外、机载和星载高精度辐射定标中具有广阔的应用前景。在多波段绝对辐亮度标准探测器的设计中,需要实现对低电平微弱信号的高精度测量,这种测量通常需要采用可编程增益放大器对信号进行放大,但它不仅会引入测量误差,而且还会增加系统的复杂性。通过采用一种低噪声高精度Δ Σ型模数转换器(ADC),解决了多波段绝对辐亮度标准探测器中弱信号高精度测量的设计难题,为光辐射精确计量领域中经常面临的低电平弱信号的高精度检测提供了一种有效的途径。     

高精度光谱辐射标准探测器的温度特性研究

高精度辐射定标技术是现代空间遥感的主要支撑技术之一。基于滤光片辐射计的新型光辐射标准探测器在野外、机载和星上高精度辐射定标中具有广阔的应用前景。温度特性是工程应用中影响标准探测器绝对精度和稳定性的一项关键因素。在20～60℃的宽温度范围内,对基于硅陷阱探测器的滤光片辐射计温度特性进行了系统测试和定量研究,在所获取的完备的实验数据基础上设计并研制了一套精密温控系统。实验结果显示在加入精密温控后,滤光片辐射计的温度系数降低了约一个数量级,从而有利于在不同温度工作平台上保持标准探测器的高精度。     

强度调制偏振光谱仪解调系数参考光测量方法

针对由理论计算得到的解调系数无法实现强度调制偏振光谱仪实验系统(以下简称"实验系统")测量数据解调处理的问题,提出了测量参考光获取实验系统解调系数的解决方法。该方法通过测量已知偏振态参考光经过实验系统调制器后输出的强度谱,结合傅里叶变换、滤波和逆傅里叶变换等数字信号处理过程,可从测量结果中分离出实验系统的真实解调系数。分析了该方法的理论依据,给出了实验系统解调系数的实测结果,并利用得到的解调系数,对实验系统测量典型待测光源(近似自然光和完全线偏振光)的测量数据进行了解调处理。解调处理结果显示:在有效测量波段范围内(550～650nm),以卤钨灯为光源的平行光管直接输出光的偏振度值约为10%;经过线偏振器起偏后,其偏振度值接近100%,与实际分析结果完全相符。验证了强度调制系统解调系数参考光测量方法的可行性。     

比值辐射计空间环境适应性设计及验证

结合卫星发射以及在轨运行过程中所处的环境条件,对"积分球+匀光板+电磁光开关"形式的比值辐射计进行空间环境适应性设计.对结构薄弱环节进行强化加固设计,通过降低器件功耗、表面热处理等方式保持比值辐射计在真空热环境下的温度稳定,采用航天级光学涂层辅以结构屏蔽设计保证抗辐照能力.通过力学试验、热真空试验以及积分球光学涂层辐照试验进行验证.力学试验结果显示比值辐射计基频约为540Hz,振动前后比值辐射计辐射比变化小于0.31%,证明比值辐射计具有良好的结构稳定性,空间力学条件下的结构强度和刚度均满足基频大于100 Hz的设计要求.热真空试验过程中比值辐射计遥测输出稳定,各功能模块均工作正常.辐照试验后,比值辐射计光学涂层方向-半球反射比在485nm波段的最大衰变小于2%,红外波段无明显变化,该衰变对定标器在轨应用性能的影响可以忽略.研究结果表明,比值辐射计具有良好的空间环境适应性,可在复杂空间环境下进行稳定、可靠的工作,满足航天应用需求.     

自发参量下转换机理及应用研究综述

自发参量下转换(spontaneous param etric down-conversion,SPDC)光场是一种非经典光场,它是由单色泵浦光子流和量子真空噪声对非线性晶体的综合作用而产生的。基于量子理论解释了SPDC光场的产生机理,说明从经典理论如何理解SPDC光场。较全面介绍了SPDC光场的非经典特性及在激光技术、遥感、量子通讯等领域的应用研究进展,展望了它应用研究的发展方向与前景。     

近红外光谱在爆炸物粉末表面沾染遥测中的应用

针对爆炸恐怖事件预防和打击领域内的大范围开放空间下制爆运爆可疑人员衣物表面沾染爆炸物粉末检测问题,研究基于近红外光谱的爆炸物粉末表面沾染遥测方法。研制了一套近红外成像光谱数据采集系统,采集了多种爆炸物粉末和沾染基底的近红外反射光谱,制备了多个爆炸物粉末表面沾染样本。针对表面沾染检测应用中爆炸物粉末与沾染基底近红外反射特征混叠问题,利用近红外光谱数据处理技术构建近红外光谱解混校正模型,去除了沾染基底信号对爆炸物粉末目标识别的干扰。针对遥测应用中光源照射不均匀问题造成的干扰（如强光反射造成的光谱信号饱和,光线遮挡造成阴影引起的信号微弱,引起光谱反射率测量异常问题）,对目标校正得分图进行有效过滤避免误识别问题。此外,针对背景噪声较大时出现光谱预处理过度造成的误识别问题,利用目标原始光谱反射率均值和得分图综合判别加以校正解决。通过实验验证,提出的方法成功解决了表面沾染特征混叠问题、去除了遥测中光照及其他噪声因素的干扰影响,避免了误分类,在典型背景材质棉麻、化纤布料基底上成功识别分类AP（高氯酸铵）、CL-20（六硝基六氮杂异伍兹烷）、NQ（硝基胍）、RDX（黑索金）、TATB（三氨基三硝基苯）、硝娣（工业炸药）、烟花爆竹等爆炸物粉末单质及混合物,验证了系统及方法的有效性和可行性,首次在实验室环境下实现了爆炸物粉末表面沾染遥测成像报警,有效距离可达数十米,具备一定应用价值与发展潜力。     

基于水浴黑体的红外成像系统定标实验研究

定标是任何成像和非成像系统定量化应用的前提,实验室定标是把握系统基本性能的关键环节。在阐述红外系统定标的原理和方法的基础上,基于高精度水浴黑体,从稳定度、响应线性和响应度系数方面对红外热像仪进行了定标实验,描述了实验定标系统,并结合实验详细分析了影响定标精度的主要因素:黑体温度的不确定度、对同一辐射量值的测量误差和环境温度引入的误差。     

基于低空成像信息的热红外成像仿真研究

提出了一种由低空飞行获取的以红外图像为数据源的中远红外仿真方法。首先通过大气辐射传输模型计算出测量条件下的程辐射和大气透过率,反演出地面温度,然后再由大气传输模型计算出仿真条件下的程辐射和大气透过率,并仿真卫星高度下的红外图像。以飞艇为平台,并搭载中远红外成像系统进行飞行,对获取的数据进行仿真模拟。试验结果表明,这种利用大气辐射传输模型和基于低空成像信息的遥感图像仿真方法可以用于模拟相同地区相同波段范围的卫星图像。     

利用MODIS图像反演中国近海海域的气溶胶光学特性

针对中国近海海域的水体大多是混浊水体和其上空有较多吸收性气溶胶的情况,提出了适合反演该区域上空气溶胶光学特性的新算法.该算法利用多个查找表和基于经验得到下垫而为等效干净水体的晴空图像,采用插值方法实现了对中国近海海域上空气溶胶光学特性的反演.经过在东山岛地区同地面同步观测多次实验对比,结果发现该算法可行且具有较高的精度;并以渤海湾地区为例,进行了初步的反演应用研究.该算法不仅能为我国海洋和风云系列卫星资料的大气校正研究提供相关的技术基础,还可以直接利用刚发射的FY-3卫星上的CMODIS数据来反演近海海域的气溶胶光学特性.     

散射模型和有效粒子半径对卷云光学厚度反演的影响

为研究不同散射模型和有效粒子半径对卷云光学厚度反演的影响,计算了不同光学厚度下,一般种类混合模型(GHM)、实心柱状模型(SC)和聚合物实心柱状模型(ASC)取不同有效粒子半径时的反射率。理论分析了不同散射模型及其不同有效粒子半径对卷云光学厚度反演结果的影响。使用基于倍加累加法的矢量辐射传输模型RT3计算3种模型卷云光学厚度查找表,基于POLDER数据,采用查找表法进行卷云光学厚度反演实验,实验结果与理论分析一致。结果可知:采用不同散射模型反演得到的卷云光学厚度存在较大差异,相比GHM和SC模型,ASC模型卷云光学厚度反演结果更接近POLDER产品;有效粒子半径越大,光学厚度反演结果越大,GHM和SC的增幅较大,而ASC增幅很小。因此,在不具备有效粒子半径反演能力时,建议采用ASC模型反演卷云光学厚度,以减小有效粒子半径变化对反演结果的影响。上述研究对我国GF-5卫星的卷云光学厚度反演的散射模型选取及反演结果评价具有参考价值。