时间调制型干涉光谱成像仪文献调研

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1、时间调制型干涉光谱成像仪文献调研最典型的时间调制型干涉光谱成像仪基于迈克尔逊干涉仪原理，其成像原理如图1所示。干涉仪主要由前置镜组（包括准直镜）、分束器、动镜及其驱动机构、定镜、成像镜和探测器等组成。其中，干涉仪的分束器镀有半透半反膜，用于透射和反射光线；而动镜关于分束器的像与定镜平行，且动镜是运动部件。图1迈克尔逊干涉原理图目标辐射经前置镜组成像于干涉仪物面，再经准直后以平行光进入干涉仪内部到达分束器；分束器将入射光束分为透射部分和反射部分，其中透射光束到达干涉仪的动镜，而反射光束到达干涉仪的定镜。由于定镜和动镜均为平面反射镜，两路光束分别被原路返回，再次到达分束器，而

2、被分别分为透射光束和反射光束；来自定镜的透射光束和来自动镜的反射光束经会聚镜后成像于焦面处，并产生干涉信号，被探测器接收。动镜的匀速直线运动产生变化的光程差，在探测器上则接收到变化的干涉图（条纹）信号。时间调制型傅里叶变换光谱成像仪光通量高、信噪比高，特别是光谱分辨率可以依靠角镜（有时又称角反射体）的直线运动产生很大的光程差而做到很高，可远远超过目前任何其它种光谱探测技术。但是因为动镜运动中的速度和姿态控制对干涉仪的校准精度要求很高，因而光机稳定度较差，在动镜以直线型运动方式时还存在加速和减速的过程，因而时间分辨率不高，但是在某些摆动或转动方式运动下，光谱仪获取干涉图的时

3、间分辨率则可能很高。按照动镜运动和产生光程差的方式不同，时间调制型可主要分为直线运动式、摆动运动式、旋转运动式。动镜一般采用平面镜、角反射镜或猫眼镜。其中角反射镜包括直角棱镜、屋脊棱镜、空心二面直角反射镜等二面角反射镜，以及立方棱镜和空心立方反射镜等立方角反射镜。直线运动式时间调制傅里叶变换光谱成像仪，主要是指动镜以匀速直线运动方式产生光程差，其主要优点是动镜行程不受限制，因而光谱分辨率可以很高，而主要难点是研制高稳定性的动镜扫描系统。摆动运动式和旋转运动式主要是通过设计合适的分光光路，使动镜作一定角度的摆动或旋转，进而产生光程差。旋转运动式还包括透射式和反射式。由于将动

4、镜的直线运动改变为摆动或转动，动镜的转速和旋转角度极易控制，使得系统可靠性高，抗干扰能量强；但是，此时动镜产生的光程差为非线性的，而且摆动时角度幅度有限，因而干涉仪产生的光程差有限，从而光谱分辨率也受限；而旋转方式产生的光线是空间三维的，光程差越大所需光程越长，光学设计难以实现，因而光程差也受限。下文以动镜运动的不同方式做简单的介绍。1直线运动方式基于传统迈克尔逊干涉仪原理开展遥感应用的傅里叶变换光谱成像仪典型代表有日本的IMG和美国GIFTS。InterferometricMonitorforGreenhouseGases（IMG）IMG(Interferometric

5、MonitorforGreenhouseGases)是日本JAROS研发的高光谱分辨率光谱仪，用于监测全球范围内CO2、CH4和O3等温室气体的空间分布。于1996年8月搭载在ADEOS卫星上成功发射。IMG采用先进的磁悬浮支承技术和激光反馈系统控制动镜的精确运行，它测量的红外光谱范围3.5—15um，光谱分辨率1cm-1。遗憾的是ADEOS于1997年6月停止了工作，仅收集了八个月的数据[]。然而这八个月的数据仍然提供了丰富的全球气象信息，第一张全球温室气体分布图就是由IMG提供的数据推演出的。IMG的光学原理图如图2所示。IMG焦平面上有三个探测器，对应三个光谱通道。

6、两个InSb探测器对应两个较短的波长区域（3.3—4.3um，4—5um），HgGdTe探测器对应较长的波长区域（5—14um）。探测器的瞬时视场（IFOV）0.6°，对应的天底尺寸8km×8km。图2IMG的光学原理图及仪器参数GeosynchronousImagingFourierTransformSpectrometer（GIFTS）GIFTS(GeosynchronousImagingFourierTransformSpectrometer)是美国预计搭载在EarthObserving-3(EO-3)卫星上发射的地球同步傅里叶变换光谱成像仪，主要用于从地球同步轨道

7、获取高空间密度的温度、湿度以及痕量气体的垂直廓线等，光谱范围4.4—6.0um和8.8—14.6um，光谱分辨率0.3—36cm-1。它的一个主要特征是采用了128X128大面阵焦平面阵列(FocalPlaneArrays,FPAs)作为成像探测器[1]。GIFTS的光学原理图如图3所示。图3GIFTS光学原理图传统迈克尔逊干涉仪中，动镜为平面镜，在其运动过程中容易发生倾斜，造成干涉图的相位误差和调制度的退化。为此，迈克尔逊干涉仪中的平面镜往往被其它抗倾斜的反射镜替代，如二面角反射镜、立方角反射镜、猫眼镜等。TheMichel