新型光谱辐亮度定标光源研究

CIOMP OpenIR

	新型光谱辐亮度定标光源研究
	王晓旭
学位类型	博士
导师	王淑荣 ; 李志刚
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	遥感仪器辐射定标标准光源光谱辐亮度稳定性
摘要	近一二十年,在环境科学、太阳物理、大气物理、气候学及气象学等研究的推动下,高精度太阳/大气定量光谱遥感技术发展十分迅速。空间定量光谱遥感数据的获取精度很大程度上取决于遥感仪器的定标精度。所谓遥感仪器定标,即指建立仪器输出电信号与探测目标物理量之间的定量对应关系。目前,国际主流空间光学遥感仪器光谱辐射定标精度都很高,可以达到0.2%-2%;同时,地面遥感、航空遥感、等离子体物理与定量光谱学等研究领域的发展,也对辐射定标精度提出了越来越高的要求。目前国际上在紫外至短波红外光谱波段仪器光谱辐亮度响应度定标方法主要有可调谐单色激光照射积分球的窄带光源法与宽带光源法两种。可调谐单色激光照射积分球窄带光源法的积分球光谱辐亮度由低温绝对辐射计传递的陷阱探测器定标,精度很高,不确定度可达0.1%,但系统庞大复杂且全波段逐点定标过程漫长;宽带光源法,通常为光谱辐照度标准灯辐照漫反射板光源或灯照积分球光源,其光谱辐照度标准灯的光谱辐照度或积分球光源的光谱辐亮度由高温黑体定标,具有结构紧凑,使用方便,定标速度快过程简便的优点,但定标精度相对较低,且会随着使用时间衰减,需要经常复验。因此,有必要发展新型光谱辐亮度标准光源,可以兼具以上两种定标方法的优点。本论文在总结国内外新型光谱辐亮度标准光源的研究发展现状的基础上,首先提出了具有窄带、宽带两种工作模式的新型自校准型光谱辐亮度标准光源总体技术方案,完成了系统的设计集成工作,并对其进行了实验测试及系统分析。在此基础上,又研究了基于超连续谱激光光源的稳定型光谱辐亮度定标光源,完成了光源系统的设计及实验样机搭建,对其信号强度、光谱带宽及稳定性进行了研究,并基于所搭建的实验样机“装置”完成了太阳辐照度光谱仪可见通道样机的稳定性测试,验证了稳定型光源的有效性与适用性。首先,论文第一部分主要介绍课题研究背景、遥感仪器辐射定标的主要方法以及国内外新型光谱辐亮度定标光源的相关研究进展。论文第二部分包括论文第二章及第三章内容,主要介绍了自校准型光谱辐亮度标准光源的相关研究工作。第二章介绍自校准型光谱辐亮度标准光源的设计原理与总体技术方案。首先明确研究目标:研制一套基于标准探测器的光谱可调谐绝对辐亮度标准光源,完成其辐射定标方法的研究,提供一种能保持光谱辐亮度不确定度较低且能保持长期稳定的自校准型均匀光谱辐亮度标准光源。在此基础上,首先提出自校准光源系统的总体设计方案:自校准光源系统应具有窄带与宽带两种工作模式,在窄带模式下使用标准探测器为自校准光源系统定标,在宽带模式下使用自校准光源为遥感仪器定标,光源两种工作模式的相互转换通过可调谐光谱技术得以实现。然后具体设计自校准光源系统的组成部件,详细介绍了各组件的设计与工作原理。最后设计研究了自校准光源系统辐射定标模型与窄带到宽带模式光谱辐亮度转换算法。本章从原理上完成了自校准光源设计及辐射定标原理研究,为以后的原理样机搭建、定标与测试提供了基础。第三章主要完成自校准光源系统辐射定标与性能测试的相关实验及分析研究。首先根据自校准光源的设计,完成自校准光源原理样机的集成,并搭建实验测试平台。然后根据自校准光源辐射定标模型,对样机进行辐射定标,并分析了自校准光源的输出光谱辐亮度不确定度。最后完成了自校准光源光谱分辨率、稳定性与重复性等性能的测试与分析。本章通过实验验证了自校准光源系统组成设计方案与辐射定标原理,提供了自校准光源样机性能测试指标,为自校准光源系统设计方案的分析改进提供了依据。论文第三部分,基于自校准型光谱辐亮度标准光源的研究成果,提出一种稳定型光谱辐亮度定标光源。首先研究了稳定型光谱辐亮度定标光源的原理与设计方案;然后根据设计方案搭建实验样机装置,并测试研究了其信号强度、光谱带宽与稳定性;最后基于搭建的稳定型光谱辐亮度定标光源实验样机,研究了太阳辐照度光谱仪可见通道样机的稳定性。本章完成了稳定型辐亮度定标光源的原理设计研究、样机搭建及部分实验测试应用验证工作,为以后的相关研究工作提供了技术依据。论文最后对全文工作进行了总结,归纳了本文创新点,并对后续可以开展的研究工作进行了分析与展望。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61700
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	王晓旭. 新型光谱辐亮度定标光源研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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新型光谱辐亮度定标光源研究.caj（5486KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文