长波红外地物成像光谱技术研究

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1、博士学位论文长波红外地物成像光谱技术研究作者姓名：赵航斌指导教师:刘银年研究员中国科学院上海技术物理研究所孙德新研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:电路与系统培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已

2、在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定

3、享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日KeyTechnologiesResearchonLong-waveInfraredHyperspectralImagingforgroundobjectsapplicationAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhi

4、losophyinCircuitandSystemByZhaoHangBinProfessorLiuYinNianSupervisor:ProfessorSunDeXinShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofScienceJune,2018摘要摘要长波红外成像光谱技术具有独特优势，在获取目标空间辐射信息的同时也获取了自身热辐射精细光谱信息，可有效识别地物成分，区分地质特征，获取温度及发射率等参数，广泛应用于地质勘探、环境监测、水资源

5、普查等领域。本论文依托国家863计划地球观测与导航领域课题——“高光谱红外一致性传递定标技术”，开展针对长波红外成像光谱系统关键技术攻关，旨在推进国内轻小型、低功耗、低成本、基于地物应用的长波红外成像光谱技术发展。本文主要研究内容和创新点如下：（1）本文基于线列探测器采用宽幅宽谱分光技术设计了新型长波红外成像光谱系统。系统由光栅扫描机构和视场扫描机构组成。高光谱成像时，光栅扫描机构控制光栅转动，使同一空间目标的光谱谱面在焦平面位置扫描成像，线列探测器分时获取同一目标不同波段全部光谱信息；通过视场扫

6、描机构扫描控制，使不同空间目标进入系统并分光成像于探测器焦平面。推导了光栅扫描角度与探测器接收单色光波长，视场扫描角度与成像视场角间关系。分析电机定位精度和光学元件安装精度对系统的影响。研究基于平面光栅光谱仪技术，并采用平面光栅设计了非低温光谱仪系统，系统各部分弥散斑直径均小于衍射极限。成像图像边缘清晰，温度细节丰富，光谱分辨率达到预期要求。（2）本文研究了大像元尺寸碲镉汞光导线列探测器，分析了偏置电流大小与探测器电导率关系，提出稳定的偏置电流是光导探测器应用前提。分析并计算光导探测器系统各噪声及

7、大小，提出应用于高光谱成像时，电路温漂噪声是系统最大噪声源，分析影响温漂噪声大小的各因素，提出降低温漂噪声方法。（3）为了验证设计方法的有效性，投产了一套原理样机，对光栅扫描机构和视场扫描机构定位精度进行了测试与分析。同时测试了系统噪声大小、NETD、光谱分辨能力、MTF，并获取了实验室高光谱图像数据立方体。测试结果表明，基于宽谱宽幅分光技术的线列探测器，可以实现长波红外高光谱探测，实验仪器基本满足预期设计指标要求。关键词：长波红外；成像光谱仪；宽谱宽幅分光；线列探测器；温漂噪声IAbstract

8、AbstractThelongwaveinfraredhyperspectralimagerhasmanyadvantages.Itcanacquirespaceradiationinformationanditsownthermalradiationspectruminformationsimultaneously,whichcaneffectivelyidentifythecompositionoftheground,distinguishgeologicalcharacter