3～5μm红外探测器的辐射定标

在对目标进行红外跟踪测量时,为了得到目标空间位置的同时,获得其红外辐射特性数据,设计了一套红外焦平面阵列探测器的实验室辐射定标系统。以高精度的面源黑体为标准辐射源,对成像范围为3～5μm的中波红外探测器进行了响应度的标定。首先建立定标数学模型,确定定标流程;然后使用线性回归统计模型对响应度曲线进行拟合并评估,针对一般线性最小二乘法对局外点(outlier)敏感的缺点,提出Robust优化算法;最后,在外场对温度和特性已知的目标进行测量,通过实验室得到的响应度曲线和大气透过率参数进行红外辐射特性数据的反演,得到实际测量值与理论值的相对误差小于2%。结果表明,Robust优化算法能有效改善红外焦平面阵列响应度非线性引起的反演不确定度。     

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.     

考虑积分时间变量的红外系统辐射响应定标

辐射定标是红外系统辐射特性测量的基础。文中采用间接扩展源法对红外系统进行定标,分析了红外焦平面阵列探测元的响应模型以及响应特性与目标黑体辐射、积分时间的关系。提出了采用最小二乘法拟合得到红外焦平面像元响应灰度值对辐射量和积分时间的响应函数的定标算法。通过分析不同环境温度下的响应函数,进一步验证了其有效性。该方法可简化定标过程,节省定标时间。定标方程不仅可用于定量分析辐射定标的影响因素,而且有利于动态范围较大时的辐射测量。     

基于低温辐射计的红外辐射定标方法

在比较国际上基于低温辐射计的红外辐射定标技术的基础上,提出了以红外光源结合单色仪为辐射源,及以腔式热电堆探测器和低温辐射计为标准探测器的红外辐射定标方案.介绍了其结构和工作原理并给出了初步的定标结果.     

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。     

目标红外辐射特性测量定标方法研究

阐述了定标工作在目标红外辐射特性测量中的重要作用。分别就调焦类成像设备和非调焦类成像设备的定标方法进行了理论分析,针对不同定标方法的优缺点进行了说明,定标时通常采用0米定标,方便且可同时进行所有像元定标。对目标特性测量时定标温度的选择作了分析,得出结论:定标间隔不变时,定标误差随定标温度呈"W"型规律变化,当定标温度分布于测量温度两侧时,误差有限,因此定标温度通常选择在目标等效黑体温度两侧,且定标温度间隔越小辐射特性测量精度越高。     

基于短波变F数系统的红外辐射定标规律研究

在靶场辐射测量中,红外辐射特性数据被广泛应用于目标红外特性识别和隐身特性评估,在安防与军事领域发挥着不可替代的作用.目标红外辐射特性数据获取需基于系统的辐射定标.对于中、长波测量系统来说,红外辐射定标主要针对定焦系统,而对变焦系统的辐射标定较少.建立了连续变焦系统的红外辐射定标模型,并对1000 mm口径的短波连续变焦...     

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。     

甚高分辨率扫描辐射计的红外辐射定标

介绍了扫描辐射计地面红外辐射定标的原理,定标设备,定标的精度与测量的结果。     

红外相机实时绝对辐射定标技术研究

辐射定标技术是实现定量遥感的关键环节。近年来,随着红外遥测技术愈发成熟,星上红外辐射定标已成为空间定量遥感技术的重要发展方向。文中从红外相机实时绝对辐射定标的背景出发,提出了半光路星上绝对辐射定标和基于多温度场的场地绝对辐射定标方法,结合实验数据,分别采用星上定标、场地定标、交叉定标三种方案进行在轨绝对辐射定标实验验证,并对其适用场景进行了分析。结果表明,通过结合半、全光路定标数据处理和转换技术,利用水面场和陆面场的场地绝对辐射定标方法,优选合适的定标场地,同时在陆面场中增加典型地物场景实现多温度场定标的方法,所提出的辐射定标方法实现了实时高精度绝对辐射定标,定标精度优于1.5 K。     

光子计数探测器的响应函数标定及校正方法

建立了XCounter Flite X1型光子计数探测器的响应函数模型。利用X射线荧光作为射线源，通过蒙特卡罗方法，模拟了入射能谱与探测器材料中的能量沉积能谱。响应函数包括高斯函数与经验型的修正函数，修正函数由直线段构成，通过最小二乘的方法来确定其中的参数，探测器像素不一致性的校正包括阈值校正与响应函数的校正。把经过校正的模型结果与实验结果对比并计算平均误差，得到在各能量段下误差都小于2.5%的结果，利用该响应函数进行能谱恢复与材料分解，两者具有比较理想的结果，充分说明了该校正方法的有效性与准确性。     

临边成像光谱仪光谱辐亮度响应度定标研究

基于积分球原理,提出了一种利用积分球进行光谱辐亮度响应度定标的新方法,消除了利用积分球定标的传统方法中由于漫反射板的双向反射率分布函数(BRDF)的测量不确定度大对定标精度的影响,极大地提高了定标精度。利用该方法标定了在研的空间遥感临边成像光谱仪原型样机的光谱辐亮度响应度,分析了定标不确定度,定标合成不确定度为2.6%。将该方法的定标结果与采用标准灯联合漫反射板的定标结果进行了分析比对,结果表明,二者在3%以内相符。引起两种定标结果偏差的主要原因是漫反射板BRDF测量的不确定度。     

Diurnal bias in calibration of broad-band radiance measurementsfrom space

Examines the problem of determining the separate shortwave (SW) and longwave (LW) components of the Earth radiation budget from space. Because true broad-band longwave filters do not exist, daytime LW radiance determinations can depend entirely or in part on subtraction of the measured SW radiance from the “Total” (TW) radiance involving integration over the entire electromagnetic pectrum. Examining radiances measured in the three channels (SW, imperfectly filtered broad-band LW, TW) of the Earth Radiation Budget Experiment (ERBE) scanners on board the NOAA-9, ERBS and NOAA-10 satellites, the authors find small discrepancies in the daytime estimates of broad-band (“unfiltered”) LW radiances using the ERBE “spectral correction” procedure. The authors show that these result from errors (of order 2.5%) in the calibration of the SW channel and possibly in the spectral characterization of the SW and/or TW channel of the ERBE scanners on NOAA-9 and NOAA-10. Nighttime estimates show no such bias, and there appears to be no such error in the data from ERBS. Considering the LW radiant exitances determined from ERBE scanner data from the three satellites, the authors find systematic differences in individual satellite estimates of simultaneous instantaneous regional means and of regional monthly means, consistent with the radiance discrepancies, instantaneous daytime LW estimates can be in error by 20% in the extreme case of very bright cold cloud, and LW cloud radiative forcing may be significantly biased. They consider the implications of these small SW-dependent errors on the determination of diurnal variation and of cloud radiative forcing in the longwave domain. They show how the ERBE estimates can be corrected, and consider how procedures can be used to validate results of future experiments (ScaRaB and CERES)     

噪声等效光谱辐亮度定标系统的性能测评

噪声等效光谱辐亮度（NESR）是代表红外遥感器极限探测能力的关键性指标。高灵敏红外遥感器的NESR定标需要高稳定、高均匀和充满视场的红外辐射光源,其光谱辐亮度的不确定度应当显著低于红外遥感器的NESR。针对一种新型的级联积分球型大孔径NESR定标系统,开展了NESR定标不确定度的实验测试研究,评定了绝对光谱辐亮度的量值溯源、积分球输出的均匀性和稳定性等11种不确定性因素的影响。测试结果表明,在规定的303~308 K亮温范围内,主积分球光谱辐亮度的相对不确定度优于0.34%,6~15 μm波段的NESR定标不确定度优于0.1~0.0037 μW·cm?2·sr?1·μm?1,验证了新型定标系统应用于高性能红外遥感器NESR定标的可行性。     

热辐射测温系统中探测器非线性校正方法

热辐射测量技术中,红外探测器的非线性效应导致对目标红外辐射测量时存在一定误差.依据黑体辐射定律,理论计算得出黑体在不同温度、一定波长带宽下的热辐射量曲线,实验测得同样参数下红外探测器检测到的热辐射量.利用理论曲线对探测器的检测曲线进行修正,校正探测器非线性效应,提高热辐射测温的测量精度.     

Design and development of multicolor MWIR/LWIR and LWIR/VLWIR detector arrays

Multicolor infrared (IR) focal planes are required for high-performance sensor applications. These sensors will require multicolor focal plane arrays (FPAs) that will cover various wavelengths of interest in mid wavelength infrared/long wavelength infrared (MWIR/LWIR) and long wavelength infrared/very long wavelength infrared (LWIR/VLWIR) bands. There has been significant progress in HgCdTe detector technology for multicolor MWIR/LWIR and LWIR/VLWIR FPAs.^1–3 Two-color IR FPAs eliminate the complexity of multiple single-color IR FPAs and provide a significant reduction of weight and power in simpler, reliable, and affordable systems. The complexity of a multicolor IR detector MWIR/LWIR makes the device optimization by trial and error not only impractical but also merely impossible. Too many different geometrical and physical variables need to be considered at the same time. Additionally, material characteristics are only relatively controllable and depend on the process repeatability. In this context, the ability of performing “simulation experiments” where only one or a few parameters are carefully controlled is paramount for a quantum improvement of a new generation of multicolor detectors for various applications.     

基于功率检波电平的自动功率定标

介绍了一种利用功率检波电平实现对宽带微波雷达信号源的输出功率进行功率定标的方法，通过衰减表自动装载规避不同工作环境(主要指微波机箱的工作温度)引起的系统误差。     

太赫兹探测器相对光谱响应校准技术

随着太赫兹探测技术的发展,精确测量太赫兹探测器的光谱响应变得越来越重要。分析了太赫兹探测器相对光谱响应的测量原理,搭建了一套太赫兹探测器相对光谱响应测量系统,对系统测量不确定度来源进行分析,选用太赫兹探测器对测量系统不确定度进行验证。通过分析实验数据可知,在1~10 THz范围内,系统的扩展不确定度为9.2%,可以满足目前太赫兹探测器相对光谱响应测量的需求。     

新型智能温度传感器在辐亮度标准探测器温控系统中的应用

高精度辐射定标方法和技术是现代空间遥感的主要支撑技术之一.辐亮度标准探测器是新一代高精度辐射定标方法中的核心部件,在遥感仪器的野外、机载和星上高精度辐射定标中具有广阔的应用前景.但是,温度变化是影响辐亮度标准探测器绝对精度和长期稳定性的一项关键因素,只有加入温控系统,将其控制在恒定的工作温度,才能使它的精度和稳定性得以保证.结合数字温度传感器DS18B20在辐亮度标准探测器精密温控系统中的应用经验,提出了采用DS18B20实现标准探测器温度高精度、高可靠性监测和控制的有效方案.实验结果证明,该方案是可靠和可行的.     

近红外偏振探测器校正方法

近红外偏振探测器是近年来一种新的探测器结构,它将光栅附在了焦平面探测器的表面.为了解决光栅透射率和角度不均匀对线偏振度测量的影响,采用了一种新的线偏振度求解方法.该方法对光栅透射率和光栅角度进行了校正,消除了光栅透射率和光栅角度不均匀性对线偏振度测量的影响,理论上表明了红外偏振成像质量与光栅透射率和光栅角度无关.实验结果显示,在使用黑体作为标定光源和不考虑偏振像元之间串扰的情况下,采用原有的计算方法得到的结果是真实值的14%~24%,透射率校正后的结果是真实值的80%~120%,透射率和角度校正后的结果是真实值的96%~104%.