我國研發「星上太陽漫射板光譜輻射定標組件」提供定標標準

2021-01-08 儀器網

星上定標是實時、連續的定標。星上定標,對於可見光和近紅外通道多採用太陽或標定的鎢絲燈作為校準源,而對於熱紅外通道則多用黑體定標。

由於標準參考源的光譜輻照度與波長之間的關係曲線是精確已知的,因此在任一光譜波段內,與反射輻射探測器的輸出信號相對應的數據值就可以利用標準源在該波段的平均光譜輻照度來進行校準。內校準源的穩定性和精度。

衛星運行後,在空間環境中的系統性能的衰退、感應元件的老化、汙染等會使光學效率降低;探測器工作溫度的變化及探測器的老化會影響探測器的響應率;電子元件的老化會影響電子線路的放大增益等。這都使遙感器的探測精度、靈敏度減弱。

近日,安光所張黎明研究員團隊在海洋1C衛星星上定標光譜儀(Satellite Calibration Spectrometer,SCS)基於太陽漫反射板組件的絕對輻射定標應用研究方面取得新進展。周期性星上絕對輻射定標是實現遙感觀測數據定量化應用的前提。

SCS高光譜遙感器,採用光柵分光的形式獲取400納米~900納米波段、光譜解析度為5納米的101個通道的連續光譜圖像,作為輻射標準傳遞輻射計對同平臺水溫水色掃描儀和海岸帶成像儀等其他遙感器進行周期性交叉輻射定標。

研究團隊設計了星上太陽漫射板光譜輻射定標組件。以穩定的太陽光作為參考光源照明雙向反射分布函數(BRDF)已精確測出的定標漫反射板,形成均勻的光譜輻亮度已知的星上參考輻射源,為SCS提供星上定標工作標準,實現其星上絕對輻射定標。作為輻射標準傳遞輻射計,SCS不僅可滿足對同平臺其他遙感器的高精度交叉定標要求,還可以應用於其他衛星平臺搭載的可見近紅外波段光學遙感器的交叉輻射定標,對我國光學遙感器整體定量化水平的提高方式具有重要參考價值。

輻射定標是用戶需要計算地物的光譜反射率或光譜輻射亮度時,或者需要對不同時間、不同傳感器獲取的圖像進行比較時,都必須將圖像的亮度灰度值轉換為絕對的輻射亮度,這個過程就是輻射定標。

絕對定標:通過各種標準輻射源,在不同波譜段建立成像光譜儀入瞳處的光譜輻射亮度值與成像光譜儀輸出的數字量化值之間的定量關係。相對定標:確定場景中各像元之間、各探測器之間、各波譜之間以及不同時間測得的輻射量的相對值。

成像光譜儀星上定標技術

成像光譜儀是同時獲取地物圖像和光譜信息的新一代光學遙感儀器。可作為農作物估產、礦物勘探、資源普查、環境監測等提供新的研究手段。按照搭載平臺的不同。成像光譜儀可以分為星載成像光譜儀和機載成像光譜儀兩大類。

星上定標是成像光譜儀光譜圖像數據定量化的基礎。成像光譜儀的定標包括輻射定標和光譜定標兩方面。輻射定標的任務是利用輻射參考定標,建立成像光譜儀的數位化輸出與其接收的地面景物輻亮度之間的換算關係。光譜定標的任務是確定成像光譜儀各光譜通道的光譜響應曲線及中心波長的半寬度。

發射過程中以及在軌運行期間,星載成像光譜儀的光學、結構和電子學部件會發生性能改變,導致實驗室輻射定標建立的數位化輸出和地面景物輻亮度之間的關係發生改變,同時也會使像面上譜線位置發生改變,為了得到準確的光譜圖像數據,必須對這些改變進行校正,這個就是實驗室定標的基礎上對成像光譜儀進行星上定標。

與地面定標類似,成像光譜儀星上定標也包括輻射定標與光譜定標兩個方面。即利用外部參考標準或者輻射響應關係和光譜譜線位置進行標定,對其在軌運行期間性能的穩定性作出評估,得到準確的定量化光譜圖像數據。

成像光譜儀是新一代傳感器。在20世紀80年代初正式開始研製。研製這類儀器的主要目的是想在獲取大量地物目標窄波段連續光譜圖像的同時,獲得每個像元幾乎連續的光譜數據,因而稱為成像光譜儀。目前成像光譜儀主要應用於高光譜航空遙感。在航天遙感領域高光譜也開始應用。成像光譜儀基本上屬於多光譜掃描儀,其構造與CCD線陣列推掃式掃描儀和多光譜掃描儀相同,區別僅在於通道數多,各通道的波段寬度很窄。

成像光譜儀按其結構的不同,可分為兩種類型。一種是面陣探測器加推掃式掃描儀的成像光譜儀,它利用線陣列探測器進行掃描,利用色散元件和面陣探測器完成光譜掃描。利用線陣列探測器及其沿軌道方向的運動完成空間掃描。另一種是用線陣列探測器加光機掃描儀的成像光譜儀,它利用點探測器收集光譜信息,經色散元件後分成不同的波段,分別在線陣列探測器的不同元件上,通過點掃描鏡在垂直於軌道方向的面內擺動以及沿軌道方向的運動完成空間掃描,而利用線探測器完成光譜掃描。

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