積分球輻射源是實(shí)驗(yàn)室輻射定標(biāo)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一,具有高穩(wěn)定性和高均勻性等優(yōu)良的輻射特性。目前積分球輻射源在太陽反射波段的研制和應(yīng)用技術(shù)相對(duì)成熟,廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室輻射定標(biāo),但是紅外積分球輻射源的研制方法仍需探索,面臨著如何實(shí)現(xiàn)高均勻性、寬動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié)、高穩(wěn)定性和低背景輻射輸出等關(guān)鍵技術(shù)問題。本文針對(duì)大口徑、高溫度靈敏度的紅外遙感器的定標(biāo)要求,開展了一種高均勻性和寬輻射動(dòng)態(tài)范圍的紅外積分球輻射源的設(shè)計(jì)與初步檢測(cè)方法研究。為了在3～14 μm波段內(nèi)選取合適的紅外輻射介質(zhì)作為紅外積分球輻射源系統(tǒng)的光源,產(chǎn)生高穩(wěn)定性的具有光譜輻亮度可調(diào)的定標(biāo)參考光源,本文調(diào)研對(duì)比了6類紅外輻射介質(zhì),并對(duì)其中3類6種進(jìn)行了非穩(wěn)定性和光譜特性測(cè)試,最終選用碳纖維石英電熱管作為積分球輻射源的紅外輻射介質(zhì),其光譜輻射非穩(wěn)定性優(yōu)于0.4%/1 h。利用積分球的空腔輻射理論和黑體輻射理論,提出子、母鍍金積分球串聯(lián)的勻光方式,有效提高了紅外積分球的均勻性。通過改變驅(qū)動(dòng)電源的電流值實(shí)現(xiàn)輻射源的輸出輻亮度寬動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié),設(shè)計(jì)程控鍍金光闌,通過改變光闌的開口大小實(shí)現(xiàn)輻亮度等色溫線性調(diào)節(jié)。采用混合介質(zhì)制冷模塊使母積分球溫度降低到155 K,在此溫度下,母積分球10 μm處的背景輻射約占出口輻亮度的0.5%。采用噴丸和真空蒸發(fā)鍍金等工藝實(shí)現(xiàn)子、母積分球內(nèi)壁涂層的制作,并集成安裝鍍金光闌,完成紅外積分球輻射源的結(jié)構(gòu)組裝。在常溫常壓條件下開展了紅外積分球輻射源輻射特性的分析與初步檢測(cè),結(jié)果表明:紅外積分球在出光口法線Φ200 mm區(qū)域內(nèi)的均勻性為98.87%,豎直方向上±15°內(nèi)的角度均勻性為99.69%,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的近線性可調(diào)功能,非穩(wěn)定性為0.16%/30 min,表現(xiàn)出較好的性能。建立了溫度變化與輻射源輻亮度輸出穩(wěn)定性之間的關(guān)系,并確定了子、母積分球的溫控精度。紅外積分球輻射源是傳統(tǒng)黑體輻射源的有效補(bǔ)充,在紅外遙感器的實(shí)驗(yàn)室光譜輻射定標(biāo)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O432.1;TP73
【部分圖文】：

目前基于輻亮度標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的輻射定標(biāo)方法在實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)中較為常用，其傳??遞過程為“低溫絕對(duì)輻射計(jì)—輻亮度標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器４末級(jí)積分球４遙感器”ｗ，如??圖１．１所示。這種定標(biāo)方法大大提高了現(xiàn)有遙感器的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)精度，在工程上??比較容易實(shí)現(xiàn)，己成功用于ＬａｎｄＳａｔ７?ＥＴＭ＋、ＭＯＤＩＳ和ＳｅａＷｉＦＳ中的多個(gè)光學(xué)??遙感器的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)中。在ＭＯＤＩＳ和ＳｅａＷｉＦＳ的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)中都使用了?ＳＸＲ??（Ｔｈｅ?ＳｅａＷｉＦＳ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ?Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）作為標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器，可對(duì)這兩種光學(xué)遙感器??進(jìn)行交叉對(duì)比，保證了不同光學(xué)傳感器數(shù)據(jù)之間的連續(xù)性和可比較性。??定標(biāo)輻射源￣?｜遙感器（航天載??（積分球）?｜荷、地基儀器）??襲?聲酬應(yīng)度定標(biāo)，航天載荷??ｊｕ?—？?ｆ?光—釀定標(biāo)??計(jì)?度穩(wěn)定性測(cè)試１??ｕ?Ｉ?鋪丨試??圖１．１基于輻亮度標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的輻射傳遞鏈??低溫輻射計(jì)采用電替代原理來測(cè)量光輻射的絕對(duì)功率［４］，當(dāng)?shù)蜏亟^對(duì)輻射計(jì)??的工作溫度為液氦溫度時(shí)，其不確定度為０．０１％［５］。但由于低溫輻射計(jì)運(yùn)行環(huán)境??嚴(yán)苛、系統(tǒng)復(fù)雜，通常只作為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不直接用作定標(biāo)儀器的工作??１??

可準(zhǔn)確建立遙感器的響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)入射輻亮度之間的定量化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)遙??感器非線性、非穩(wěn)定性和噪聲等效光譜輻亮度等的性能檢測(cè)和評(píng)估，保障和提高??絕對(duì)輻射定標(biāo)精度。圖１．４為積分球輻射源用于ＬａｎｄＳａｔ－７ＥＴＭ＋的地面定標(biāo)系統(tǒng)。??積分球輻射源的非均勻性和非穩(wěn)定性是影響其自身輻射特性的重要影響因??素，因此，有效降低積分球輻射源自身的非均勻性和非穩(wěn)定性，對(duì)實(shí)現(xiàn)積分球輻??射源絕對(duì)輻亮度的高精度測(cè)量，提高遙感器的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)精度具有重要意義。??麵??圖１．４積分球輻射源用于ＬａｎｄＳａｔ－７ＥＴＭ＋的地面定標(biāo)系統(tǒng)⑴??３??

ＴＸＲ?Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｌａｙｏｕｔ??＼．?＼＼?ＴｕＷｅ？ｇ?Ｂａｆｆｌｅ?Ｖａｎｅｓ?呀?ｊ?：：；；＇?／?Ｂａｆｆｌ？Ｔｕｂ？??圖１．３?ＴＸＲ結(jié)構(gòu)示意圖ＨＯＩ??積分球輻射源是實(shí)驗(yàn)室輻射定標(biāo)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，具有高穩(wěn)定性和高??均勻性等優(yōu)良的輻射特性，可滿足遙感器全光路、全視場(chǎng)、全動(dòng)態(tài)范圍等的輻射??定標(biāo)要求［｜｜］。通過調(diào)節(jié)積分球輻射源參考輻亮度輸出，結(jié)合基于探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)傳??遞技術(shù)，可準(zhǔn)確建立遙感器的響應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)入射輻亮度之間的定量化關(guān)系，實(shí)現(xiàn)遙??感器非線性、非穩(wěn)定性和噪聲等效光譜輻亮度等的性能檢測(cè)和評(píng)估，保障和提高??絕對(duì)輻射定標(biāo)精度。圖１．４為積分球輻射源用于ＬａｎｄＳａｔ－７ＥＴＭ＋的地面定標(biāo)系統(tǒng)。??積分球輻射源的非均勻性和非穩(wěn)定性是影響其自身輻射特性的重要影響因??素，因此，有效降低積分球輻射源自身的非均勻性和非穩(wěn)定性，對(duì)實(shí)現(xiàn)積分球輻??射源絕對(duì)輻亮度的高精度測(cè)量，提高遙感器的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)精度具有重要意義。??麵??圖１．４積分球輻射源用于ＬａｎｄＳａｔ－７ＥＴＭ＋的地面定標(biāo)系統(tǒng)⑴??３??
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