大氣環境的「CT機」:解密我國首臺星載太陽掩星甚高光譜探測儀

2021-02-24 國際太空

我們知道,相機圖像的動態範圍越大,所能表現的層次越豐富,能同時記錄的暗部細節和亮部細節也就越豐富。遙感器的動態範圍反映了系統同時探測強信號和弱信號的能力。

對於常規對地觀測的紅外遙感器而言,長波紅外譜段和中波紅外譜段的輸入能量通常可分別與溫度300K和500K黑體的輻射能量相當。高分五號甚高探測儀的觀測目標為太陽,太陽的能量約與溫度5800K的黑體等效,探測信號的強度遠大於對地觀測遙感器。另一方面,探測儀在軌直接獲取的是太陽光譜的幹涉信號,入射光經幹涉儀的分束鏡均分為兩路,這兩路光信號所走過的行程由於機構的運動產生差異,即光程差。複色光的幹涉信號在光程差為零時達到峰值,在光程差最大時信號又十分微弱,信號幅度相差懸殊,太陽光幹涉信號的這一比值達到十萬倍之高。因此,探測儀的動態範圍設計必須滿足太陽光幹涉圖中的極強和極弱信號的同時獲取。

針對大動態範圍、高精度和高速時間調製幹涉信號的處理和採集,探測儀的電子學系統從各環節進行設計優化並採取有效抗幹擾措施,解決了低噪聲、大擺幅、寬頻率範圍的前置放大問題,信號電流的分辨能力達到納安量級,從源頭保證了儀器探測的高靈敏度;在後續數據獲取環節採用高精度、大動態範圍的模數轉換方案,並根據信號特點進行一系列算法處理,實現了高性能的幹涉數據採集。

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