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宽波段太阳辐照度仪光谱定标方法研究

光子学报 2017年第6期46卷 52-60页

作者：黄雄豪李新刘恩超郑小兵翟文超中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

宽波段太阳辐照度仪采用fèry棱镜分光,利用线阵CCD反馈控制光谱扫描,波长覆盖范围为400~2 500nm.为实现该仪器的高准确度光谱定标,在实验室内利用单波长激光器和OPO激光器分别作为光源.通过光谱扫描,得出定标波长与CCD像元的对应关系.... 详细信息

宽波段太阳辐照度仪采用fèry棱镜分光,利用线阵CCD反馈控制光谱扫描,波长覆盖范围为400~2 500nm.为实现该仪器的高准确度光谱定标,在实验室内利用单波长激光器和OPO激光器分别作为光源.通过光谱扫描,得出定标波长与CCD像元的对应关系.根据棱镜参量和光路设计参量推导出全波段内光谱定标方程,实现全波段光谱定标.通过与其他特征波长比较,分析得出光谱定标合成不确定度优于0.5nm.用定标好的仪器进行室外测量,将测量结果与大气辐射传输软件modtran4模拟结果相比对,可得实际测量的大气吸收峰与模拟结果一致.将该方法在红外波长区域定标结果与传统的多项式拟合光谱定标方法对比,显示该定标结果优于传统多项式拟合方法.证明该定标方法的正确性和仪器设计的合理性.

关键词：太阳辐照度仪 Fèry棱镜光谱扫描光谱定标大汽吸收峰

星载多角度偏振成像仪非偏通道全视场偏振效应测量及误差分析

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物理学报 2017年第10期66卷 32-41页

作者：钱鸿鹄孟炳寰袁银麟洪津张苗苗李双裘桢炜中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031

星载多角度偏振成像仪自身的光学系统有一定的偏振效应,会影响非偏通道的辐射测量精度.斜入射到光学元件上的光透射率是偏振敏感的,导致了光学系统的线偏振效应.为精确反演解析出观测目标光的辐射强度,需对成型仪器本身的偏振效应进行... 详细信息

星载多角度偏振成像仪自身的光学系统有一定的偏振效应,会影响非偏通道的辐射测量精度.斜入射到光学元件上的光透射率是偏振敏感的,导致了光学系统的线偏振效应.为精确反演解析出观测目标光的辐射强度,需对成型仪器本身的偏振效应进行准确的测量、定标、校正.通过分析仪器原理和光路结构,详细推导出仪器非偏通道含线偏振效应的辐射测量模型,并根据实际镜头特点合理简化了模型.提出了基于不同偏振角的完全线偏光在仪器全视场内稀疏入射并最小二乘拟合响应值的方法,对非偏通道全视场线偏振效应进行测量和定标,同时对此方法的定标过程进行了仿真.另外,分析了仪器主要物理参数有偏差时对不同偏振态入射光的反演误差,如仪器单像元方位角、显式起偏效应、低频透过率.对仪器开展了实验室定标实验,得到了仪器主要物理参数范围及其拟合偏差量,进一步算出显式起偏效应参数偏差引起的辐射定标强度相对误差最大为0.4%,满足仪器辐射精度5%的要求并留足余量.该研究为仪器非偏通道全视场的高精度辐射测量、定标及后期数据处理提供了理论依据及实验指导.

关键词：辐射测量精度偏振效应大视场 Stokes-Mueller矩阵

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近地面水平方向大气偏振辐射传输仿真与验证

红外与激光工程 2018年第11期47卷 266-273页

作者：提汝芳孙晓兵李树陈震霆中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学院大学北京100049

近地面水平方向偏振成像是地基目标观测的有效手段之一。目标偏振信息在大气传输中受到大气气溶胶及分子等散射和吸收作用的影响,叠加了非目标偏振信息,干扰了目标本身偏振特性参数的提取。因此,对大气的偏振影响研究具有重要意义。针... 详细信息

近地面水平方向偏振成像是地基目标观测的有效手段之一。目标偏振信息在大气传输中受到大气气溶胶及分子等散射和吸收作用的影响,叠加了非目标偏振信息,干扰了目标本身偏振特性参数的提取。因此,对大气的偏振影响研究具有重要意义。针对近地面水平方向偏振观测,基于单次散射假设,仿真计算了不同气溶胶光学厚度条件下的大气偏振辐射传输特性,并开展了外场偏振特性传输实验验证。仿真结果表明,地表贡献可以忽略;随着气溶胶光学厚度的增大,大气对总偏振反射的贡献越大;针对外场实验,仿真计算了不同时序同等观测条件下的线偏振度值,与实测结果相对误差在±0.1范围内,一致性很好。研究结果为近地面偏振特性传输研究提供了理论支持,并为近地面偏振观测中的大气校正奠定了基础。

关键词：近地面水平方向遥感偏振

地基太阳光谱辐照度计的余弦误差影响及其校正方法

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光子学报 2018年第10期47卷 174-186页

作者：刘振海骆冬根张运杰韦玮张艳娜邹鹏董浩洪津中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031 中国科学院大学北京100039

针对自研的太阳光谱辐照度计入射光学系统的结构特征,分析了引入余弦误差的因素,研究了直、漫射辐照度以及漫射-总辐射比的余弦校正方法,开展了实验室余弦响应特性测量和多种仪器的敦煌外场比对试验.结果显示,余弦误差与积分球入口黑色... 详细信息

针对自研的太阳光谱辐照度计入射光学系统的结构特征,分析了引入余弦误差的因素,研究了直、漫射辐照度以及漫射-总辐射比的余弦校正方法,开展了实验室余弦响应特性测量和多种仪器的敦煌外场比对试验.结果显示,余弦误差与积分球入口黑色阳极化内壁及结构有关,在入射角为60°时,440nm、500nm、670nm和870nm波段太阳光谱辐照度计的余弦误差为4.3%～9.1%;由太阳光谱辐照度计获取的直射辐照度反演得到的大气光学厚度受到余弦误差的严重影响,余弦校正前后与CE318太阳光度计反演结果相比,偏差分别为0.11～0.13和小于0.012;基于天空辐亮度各向同性分布假设,余弦校正后四个波段漫射辐照度数值提升6.8%～10%.基于天空辐亮度分布数据,提出了一种漫射辐照度的精确校正方法,仿真结果显示,余弦校正后的漫射辐照度与理论数据一致,初步验证了该方法的可行性.

关键词：太阳光谱辐照度计余弦误差余弦校正漫射辐照度漫总比天空辐亮度分布

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高光谱地基CO_2太阳辐射计的定标

光学学报 2014年第2期34卷 261-266页

作者：刘强宋茂新陈迪虎中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心安徽合肥230031 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

介绍了一种用于大气CO2太阳吸收光谱地基观测的高光谱太阳辐射计，包括仪器的设计结果及相对光谱辐射亮度的测量原理。以可调谐红外激光器加积分球作为定标光源，详细介绍了波长、仪器线型函数的定标过程和方法。定标结果表明，在仪器... 详细信息

介绍了一种用于大气CO2太阳吸收光谱地基观测的高光谱太阳辐射计，包括仪器的设计结果及相对光谱辐射亮度的测量原理。以可调谐红外激光器加积分球作为定标光源，详细介绍了波长、仪器线型函数的定标过程和方法。定标结果表明，在仪器有效工作波段（1560～1575nm）内，光谱分辨能力为0．097nm，杂散光水平在0．5％左右。定性比较了仪器的大气CO2太阳吸收光谱测量结果与LBLRTN软件的理论计算结果，两者在吸收峰的强度、位置、形状等方面都具有较好的吻合度。

关键词：遥感大气CO2观测高光谱太阳辐射计

基于双LED光源积分球的硅探测器宽动态范围响应线性定标

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光学学报 2017年第9期37卷 23-31页

作者：刘辉陈洪耀司孝龙张黎明中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

介绍了一种硅探测器宽动态范围线性测量系统,系统以光通量叠加为基础,通过时间逻辑控制LED点亮、熄灭和采集数据,在2.2×10-6~0.57A的LED注入电流调节范围内,标定了硅探测器响应电流在3.92×10-11~10-2 A范围内近9个量级的线性。实验结... 详细信息

介绍了一种硅探测器宽动态范围线性测量系统,系统以光通量叠加为基础,通过时间逻辑控制LED点亮、熄灭和采集数据,在2.2×10-6~0.57A的LED注入电流调节范围内,标定了硅探测器响应电流在3.92×10-11~10-2 A范围内近9个量级的线性。实验结果表明,硅探测器在9个量级的动态范围内测量时探测器非线性引入的误差可达0.23%,通过非线性修正因子对其测量值进行修正很有必要,并给出了非线性修正因子,其数值范围为1~1.0023。分析了测量结果的测量不确定度,列出影响系统测量精度的因素,并定量分析了LED光源的光谱漂移对系统测量精度的影响。给出了线性测量系统的相对合成不确定度,硅探测器响应电流范围分别为39.2pA^0.326nA、0.326~81.6nA、81.6nA^20.4μA、20.4μA^10.2 mA时的测量不确定度分别为0.269%、0.0116%、0.00536%和0.00320%。结果表明该系统可以用于高精度硅探测器的宽动态范围响应线性定标。

关键词：探测器光学测量线性定标光通量叠加不确定度

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面阵探测下的污染云团红外光谱仿真

物理学报 2017年第11期66卷 96-105页

作者：王安静方勇华李大成崔方晓吴军刘家祥李扬裕赵彦东中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031 中国科学技术大学科学岛分院合肥230026

研究污染云团的红外光谱仿真,对于利用仿真光谱进行光谱识别的算法研究十分重要.在单元探测器探测方式下污染云团的红外光谱仿真研究取得了一定成果,并且已经被应用于识别算法的研究工作中.针对基于成像光谱仪的污染云团识别算法研究缺... 详细信息

研究污染云团的红外光谱仿真,对于利用仿真光谱进行光谱识别的算法研究十分重要.在单元探测器探测方式下污染云团的红外光谱仿真研究取得了一定成果,并且已经被应用于识别算法的研究工作中.针对基于成像光谱仪的污染云团识别算法研究缺乏实测数据的问题,利用具有高仿真精度的基于物理模型的污染云团扩散模型及其仿真结果网格化的特点,研究相应的云团红外光谱仿真多层模型,提出了面阵探测方式下污染云团红外光谱的仿真方法,生成了同时具有光谱维和空间维信息的数据立方体,为该研究领域提供了新的研究方法.提出的面阵探测方式下的污染云团红外光谱仿真直观地反映了污染云团的扩散,提供了完备且符合实际情况的污染云团红外光谱立方体数据,对于提高和完善红外光谱识别算法具有重要意义.

关键词：红外光谱污染云团扩散面阵探测光线追踪

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多波段滤光片辐亮度计的系统级定标方法研究

光学学报 2013年第8期33卷 123-129页

作者：张艳娜郑小兵李健军张伟中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

为了满足遥感仪器的高精度辐射定标需求,实现"低温绝对辐射计→多波段滤光片辐亮度计→积分球→遥感器"的辐亮度传递链,对多波段滤光片辐亮度计进行了定标方法的研究。利用可调谐激光导入积分球产生的均匀、稳定、无偏的面光源作为定标... 详细信息

为了满足遥感仪器的高精度辐射定标需求,实现"低温绝对辐射计→多波段滤光片辐亮度计→积分球→遥感器"的辐亮度传递链,对多波段滤光片辐亮度计进行了定标方法的研究。利用可调谐激光导入积分球产生的均匀、稳定、无偏的面光源作为定标光源,使用溯源于低温辐射计的标准辐亮度探测器作为传递标准,通过系统级的定标方法对滤光片辐亮度计的753、865、900、1030nm四个工作波段进行了绝对光谱响应度定标,不确定度优于0.58%。与溯源于法国黑体辐射源的太阳辐射计CIMEL CE318进行了比对实验,结果表明,在四个定标波段,滤光片辐亮度计测得的积分球辐亮度与由CE318测得的辐亮度差值分别为-0.216%、-2.564%、-4.248%和2.226%,验证了该系统级定标方法的合理性。

关键词：遥感辐亮度系统级定标滤光片辐亮度计积分球

“高分五号”卫星大气主要温室气体监测仪(特邀)

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红外与激光工程 2019年第3期48卷 16-22页

作者：熊伟中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验安徽合肥230031

"高分五号"卫星于2018年5月9日成功发射,是我国第一颗高光谱观测卫星,大气主要温室气体监测仪是其中一台有效载荷,采用空间外差光谱技术进行高光谱分光,是国际上首台基于该体制的星载温室气体遥感设备。阐述了载荷的基本工作原理,包括... 详细信息

"高分五号"卫星于2018年5月9日成功发射,是我国第一颗高光谱观测卫星,大气主要温室气体监测仪是其中一台有效载荷,采用空间外差光谱技术进行高光谱分光,是国际上首台基于该体制的星载温室气体遥感设备。阐述了载荷的基本工作原理,包括分光原理、工作模式及通道设置等内容。载荷的光学系统主要由五部分组成,核心单元为一体化胶合干涉仪,为避免光谱混叠对窄带滤光片的指标参数要求较高。为提高在轨数据定量化水平,载荷设计了基于漫反射板系统的定标装置,可满足光谱及辐射定标要求。最后,梳理了载荷数据处理的基本流程,并对首批观测数据进行了光谱复原,成功获取了1级数据产品,为下一步温室气体反演应用奠定了基础。

关键词：高分五号温室气体高光谱空间外差光谱技术傅里叶变换