本文選題：成像光譜儀 + 可見光/近紅外��； 參考：《中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)》2016年博士論文

【摘要】：衛(wèi)星海洋遙感技術(shù)被公認(rèn)為是海洋環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測(cè)的重要手段,廣泛用于水體初級(jí)生產(chǎn)力評(píng)估、漁業(yè)資源開發(fā)、海洋污染檢測(cè)與防治等方面。隨著空間遙感定量化應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展,對(duì)成像遙感儀器的輻射定標(biāo)精度提出了更高的要求�！皩挷ǘ纬上駜x”主要用于海洋水色遙感,裝載在我國某地球低軌道應(yīng)用平臺(tái),計(jì)劃于年內(nèi)發(fā)射入軌。其中,可見光/近紅外模塊是整個(gè)載荷的主要子系統(tǒng)。本文基于該型號(hào)項(xiàng)目,以提高星載推掃式光柵色散型可見光/近紅外成像光譜儀的在軌輻射測(cè)量精度為目標(biāo),從在軌光譜定標(biāo)、偏振校正兩個(gè)方面展開深入研究。本文主要內(nèi)容包括:1)針對(duì)可見光/近紅外成像光譜儀的指標(biāo)要求,介紹了儀器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、光校裝調(diào)方法以及星上定標(biāo)裝置,發(fā)射前開展了性能參數(shù)測(cè)試與輻射定標(biāo)實(shí)驗(yàn),給出可見光/近紅外成像光譜儀的性能測(cè)試與定標(biāo)結(jié)果。2)通過模型仿真評(píng)估了光譜漂移對(duì)可見光/近紅外成像光譜儀輻射測(cè)量精度的影響,仿真結(jié)果表明,漂移對(duì)太陽夫瑯和費(fèi)、氧氣和水汽特征峰附近通道的輻射測(cè)量影響最大。典型觀測(cè)條件下,當(dāng)帶寬為10nm時(shí),光譜中心波長漂移1nm引入的測(cè)量誤差約為5%,漂移2.5nm時(shí),測(cè)量誤差10%。3)理論分析了全幀模式光譜響應(yīng)函數(shù)與分通道模式光譜響應(yīng)函數(shù)之間的關(guān)系,提出了通道合成技術(shù),根據(jù)全幀光譜響應(yīng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)分通道光譜響應(yīng)函數(shù)的合成,為缺省和可編程的分通道模式的在軌光譜定標(biāo)打下基礎(chǔ)。4)基于譜線匹配思想,提出利用太陽夫瑯和費(fèi)線與大氣吸收譜線以及星上定標(biāo)器鐠釹玻璃吸收峰進(jìn)行光譜定標(biāo)的方法。分別使用外場太陽漫反射板以及星上定標(biāo)器內(nèi)部光源開展了在軌光譜定標(biāo)模擬實(shí)驗(yàn)。采用相關(guān)系數(shù)與最小二乘聯(lián)合優(yōu)化算法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理,結(jié)果表明算法對(duì)光譜變化靈敏度高,中心波長定位的標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于0.176nm,較直觀比對(duì)法的精度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。5)基于Stoke矢量與Mueller矩陣推演了儀器偏振響應(yīng)方程,分析了偏振影響輻射定標(biāo)的原理。在此基礎(chǔ)之上,提出了成像儀偏振校正算法,通過求取偏振響應(yīng)系數(shù)對(duì)測(cè)量值進(jìn)行校正;以可見光/近紅外成像光譜儀的光譜通道CH10穿軌視場第797像元為例,利用Stokes矢量已知的部分偏振光對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明,該算法適用于成像光譜儀偏振響應(yīng)校正。在入射光束為完全線偏光且偏振狀態(tài)已知的情況下,根據(jù)不同通道視場像元的偏振響應(yīng)幅度,該算法可將偏振引入的大氣頂入瞳輻射測(cè)量不確定度降低1%-6%,殘余偏振靈敏度0.4%,能夠提高海洋遙感離水輻射的測(cè)量精度。6)搭建了儀器偏振響應(yīng)特性測(cè)試系統(tǒng),測(cè)量了可見光/近紅外成像光譜儀項(xiàng)目工程樣機(jī)的偏振響應(yīng)幅度和相位角,它們是光譜通道和視場像元的函數(shù)。980nm波段偏振靈敏度平均值為4.69%,413nm波段平均值為1.88%,生成了14個(gè)光譜通道×1024個(gè)視場像元偏振響應(yīng)參數(shù)查找表,為儀器在軌偏振校正提供了參考。
[Abstract]:Satellite remote sensing technology is recognized as an important means of marine environmental investigation and monitoring. It is widely used in water primary productivity assessment, fishery resources development, marine pollution detection and prevention and so on. With the further development of spatial remote sensing application, a higher requirement for radiometric calibration of imaging remote sensing instrument is put forward. The waveband imager is mainly used for ocean water color remote sensing, and is loaded in a low orbit application platform in our country. It is planned to launch into the orbit within the year. Among them, the visible light / near infrared module is the main subsystem of the whole load. This paper is based on this model to improve the orbit of the spaceborne Bragg grating dispersive visible light / near infrared imaging spectrometer. The accuracy of radiation measurement is the target, from two aspects of orbit spectral calibration and polarization correction. The main contents of this paper are as follows: 1) in view of the requirements of the visible light / near infrared imaging spectrometer, the system design scheme, the light correction method and the star calibration device are introduced. The performance parameters test and the radiance are carried out before the launch. The performance test and calibration result.2 of the visible light / near-infrared imaging spectrometer are given. The effect of the spectral drift on the measurement accuracy of the visible light / near infrared imaging spectrometer is evaluated by the model simulation. The simulation results show that the drift is affected by the radiation measurement of the sun Fraunhofer, the oxygen gas and the water vapor characteristic peaks. Under typical observation conditions, when the bandwidth is 10nm, the measurement error of the spectral center wavelength shift 1nm is about 5% and the drift 2.5nm, measurement error 10%.3). The relationship between the spectral response function of the whole frame mode and the spectral response function of the channel mode is theoretically analyzed, and the channel synthesis technology is proposed, which is based on the full frame spectral response function. The present split channel spectral response function is synthesized to lay a foundation.4 for the default and programmable on track spectral calibration. Based on the spectral line matching idea, a method of using the sun Fraunhofer line with the absorption spectrum of the atmosphere and the absorption peak of the praseodymium and neodymium glass in the star set is proposed. The external field solar diffuse reflection is used respectively. The experimental data are processed by the correlation coefficient and the least square optimization algorithm. The results show that the algorithm has high sensitivity to the spectral change and the standard deviation of the central wavelength location is better than that of 0.176nm, and the accuracy of the method is increased by one quantity compared with the visual comparison method. Level.5) based on the Stoke vector and Mueller matrix, the polarization response equation of the instrument is deduced and the principle of polarization influence radiation calibration is analyzed. On this basis, the polarization correction algorithm of the imager is proposed. The measurement value is corrected by obtaining the polarization response coefficient, and the spectral path of the visible light / near infrared imaging spectrometer is seventh. 97 pixel is used as an example to verify the algorithm by using partial polarized light known by the Stokes vector. The results show that the algorithm is suitable for the polarization response correction of the imaging spectrometer. In the case of a complete linear polarization and the known polarization state of the incident beam, the algorithm can introduce the polarization of the polarization in the different channel field of view. The uncertainty of the air top pupil radiation is reduced by 1%-6%, the residual polarization sensitivity is 0.4%, and the measurement accuracy of the ocean remotely sensed water radiation can be improved by.6). The polarization response characteristic test system of the instrument is set up. The polarization response amplitude and phase angle of the project prototype of the visible light / near infrared imaging spectrometer are measured. They are the spectral channels and the field of view. The average value of polarization sensitivity of the function.980nm band of the pixel is 4.69% and the average value of the 413nm band is 1.88%. 14 spectral channel * 1024 field pixel polarization response parameter lookup tables are generated, which provides a reference for the instrument on orbit polarization correction.

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P715.7

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本文編號(hào)：1775697