紅外遙感器輻射定標(biāo)技術(shù)概述

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1、航天器環(huán)境工程第30卷第1期34SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年2月紅外遙感器輻射定標(biāo)技術(shù)概述楊林華，肖慶生，蔣山平(北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京100094)摘要：國外航天大國均建有大型輻射定標(biāo)設(shè)備，并在空間探測技術(shù)研究中發(fā)揮著重要作用。文章介紹了國外典型的大型輻射定標(biāo)設(shè)備及其技術(shù)指標(biāo)，較系統(tǒng)地總結(jié)了這些設(shè)備的研制技術(shù)和經(jīng)驗，如定標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、輻射源選擇和機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計思路和解決途徑；針對我國現(xiàn)有的輻射定標(biāo)技術(shù)與國外的差距，提出了今后發(fā)展的一些建議。關(guān)鍵詞：輻射定標(biāo)；紅外遙感器；光學(xué)系統(tǒng)；積分球；黑體中

2、圖分類號：TP732文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673—1379(2013)O卜0034—06DOI：10．3969／j．issn．1673-1379．2013．01．0060引言隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感衛(wèi)星廣泛應(yīng)用于地球測繪、海洋觀測、氣象預(yù)報、環(huán)境監(jiān)測、地球資源探測等領(lǐng)域。在遙感衛(wèi)星發(fā)射前，其紅外遙感器需要在地面模擬空間環(huán)境下進(jìn)行絕對輻射定標(biāo)試驗，以便建立其輸出數(shù)字量與入瞳輻射亮度之間的對應(yīng)關(guān)系，反演地物的光譜反射特性和光譜輻射特性，同時檢測遙感器的輻射響應(yīng)特性以及內(nèi)定標(biāo)裝置的工作性能【l】。國際上非常重視紅外遙感器的輻射定標(biāo)技術(shù)，美國、歐洲、俄羅斯等均研制了

3、大型輻射定標(biāo)設(shè)備，并廣泛應(yīng)用于航天器試驗中，在研制、使用等方面積累了大量的實際經(jīng)驗。隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，對遙感技術(shù)的需求更加迫切，這為發(fā)展輻射定標(biāo)技術(shù)提供了機遇。本文跟蹤研究了國外大型輻射定標(biāo)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點、性能指標(biāo)以及研制和使用經(jīng)驗，針對目前我國的輻射定標(biāo)技術(shù)與國外的差距，提出了今后發(fā)展的一些思路。1國外典型輻射定標(biāo)設(shè)備1．1NASA輻射定標(biāo)設(shè)備1970年之前，衛(wèi)星紅外遙感器的定標(biāo)精度僅達(dá)到5％～-10％的水平。為了滿足紅外遙感器1％定標(biāo)精度的需求【2．6】，美國NASA在20世紀(jì)70年代建立了紅外遙感器輻射定標(biāo)設(shè)備。該定標(biāo)設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)采用離軸拋物面反射

4、鏡系統(tǒng)，離軸角為90，有效孔徑為630toni，焦距為3000mm；反射鏡的材料為零膨脹系數(shù)的微晶玻璃，鏡面鍍覆了金反射膜，其反射率達(dá)到98．5％。系統(tǒng)的點光源為溫度連續(xù)可調(diào)的黑體，在10．6iam波長處的發(fā)射率為0．9999+0．0001；在5～25¨m譜段內(nèi)的定標(biāo)精度達(dá)到1％，定標(biāo)溫度范圍為80～300K，測溫精度優(yōu)于0．01K。同時，該設(shè)備還配置了反射率和輻照度的原位測量裝置，分別如圖1和圖2所示。反射率原位測量裝置由輔助光學(xué)系統(tǒng)、中溫黑體和Hg—Cd—Te探測器組成。其中輔助光學(xué)系統(tǒng)由離軸拋物面反射鏡和3塊直徑為100mm的折光鏡組成，離軸拋物面反射鏡的

5、有效口徑為178mlTl、焦距1000mitt、離軸角90；中溫黑體的溫度為875K。輻照度原位測量裝置包括輔助離軸拋物面準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)、掃描鏡和中溫黑體。其中輔助離軸拋物面準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的口徑127mm，離軸角20。。圖1反射率原位測量裝置Fig．1In-situreflectivitymeasurementsystem收稿日期：2012．10．30；修回日期：2013—01．08作者簡介：楊林華(1962一)，女，研究員，主要從事衛(wèi)星光學(xué)遙感器模擬空間環(huán)境下輻射定標(biāo)技術(shù)和空間太陽輻照環(huán)境模擬技術(shù)的研究。E-mail：ylhl357@yahoo．tom．cn。第1

6、期楊林華等：紅外遙感器輻射定標(biāo)技術(shù)概述35圖2輻照度原位測量裝置Fig．2In-situirradiancemeasurementsystem1．2美國AEDC輻射定標(biāo)設(shè)備從20世紀(jì)70年代開始，美國空軍阿諾德工程發(fā)展中心(AEDC)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，建立了多套能滿足空間和機載遙感器輻射定標(biāo)需要的設(shè)備，其中最著名的是7V和10V定標(biāo)設(shè)備。1．2．17V定標(biāo)設(shè)備7V定標(biāo)設(shè)備能夠提供衛(wèi)星遙感器從可見光到遠(yuǎn)紅外的輻射定標(biāo)，其光學(xué)系統(tǒng)為雙鏡離軸反射式卡塞格林系統(tǒng)，焦距為16500mln，準(zhǔn)直光束的有效孔徑為500mnl，視場角為1．40；反射鏡表面鍍了增強銀膜和保護(hù)膜，

7、在O．5～30gm之間的反射率高于88％[7-8】。該設(shè)備容器結(jié)構(gòu)如圖3所示121，定標(biāo)系統(tǒng)光路如圖4所示【81：圖37V定標(biāo)設(shè)備容器結(jié)構(gòu)Fig．3Structureofthe7Vchamber：臨桃圖4輻射定標(biāo)系統(tǒng)光路Fig．4Lightpathforthecalibrationsystem1．2．210V定標(biāo)設(shè)備10V定標(biāo)設(shè)備具有閉環(huán)檢測的能力，能夠提供現(xiàn)實場景對多譜段的光電傳感器進(jìn)行性能檢測，從而大幅度提高了定標(biāo)技術(shù)水平。其光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)為四鏡系統(tǒng)，焦距為14300mln，準(zhǔn)直光束的有效孔徑為350ITlIn，視場角為1．40，衍射極限為1．81．tm，目標(biāo)

8、分辨率優(yōu)于lmrad[9