红外遥感器辐射定标技术概述

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1、航天器环境工程第30卷第1期34SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年2月红外遥感器辐射定标技术概述杨林华，肖庆生，蒋山平(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：国外航天大国均建有大型辐射定标设备，并在空间探测技术研究中发挥着重要作用。文章介绍了国外典型的大型辐射定标设备及其技术指标，较系统地总结了这些设备的研制技术和经验，如定标光学系统设计、辐射源选择和机械结构设计等关键技术的设计思路和解决途径；针对我国现有的辐射定标技术与国外的差距，提出了今后发展的一些建议。关键词：辐射定标；红外遥感器；光学系统；积分球；黑体中

2、图分类号：TP732文献标志码：A文章编号：1673—1379(2013)O卜0034—06DOI：10．3969／j．issn．1673-1379．2013．01．0060引言随着遥感技术的发展，遥感卫星广泛应用于地球测绘、海洋观测、气象预报、环境监测、地球资源探测等领域。在遥感卫星发射前，其红外遥感器需要在地面模拟空间环境下进行绝对辐射定标试验，以便建立其输出数字量与入瞳辐射亮度之间的对应关系，反演地物的光谱反射特性和光谱辐射特性，同时检测遥感器的辐射响应特性以及内定标装置的工作性能【l】。国际上非常重视红外遥感器的辐射定标技术，美国、欧洲、俄罗斯等均研制了

3、大型辐射定标设备，并广泛应用于航天器试验中，在研制、使用等方面积累了大量的实际经验。随着我国航天事业的发展，对遥感技术的需求更加迫切，这为发展辐射定标技术提供了机遇。本文跟踪研究了国外大型辐射定标设备的结构特点、性能指标以及研制和使用经验，针对目前我国的辐射定标技术与国外的差距，提出了今后发展的一些思路。1国外典型辐射定标设备1．1NASA辐射定标设备1970年之前，卫星红外遥感器的定标精度仅达到5％～-10％的水平。为了满足红外遥感器1％定标精度的需求【2．6】，美国NASA在20世纪70年代建立了红外遥感器辐射定标设备。该定标设备的光学系统采用离轴抛物面反射

4、镜系统，离轴角为90，有效孔径为630toni，焦距为3000mm；反射镜的材料为零膨胀系数的微晶玻璃，镜面镀覆了金反射膜，其反射率达到98．5％。系统的点光源为温度连续可调的黑体，在10．6iam波长处的发射率为0．9999+0．0001；在5～25¨m谱段内的定标精度达到1％，定标温度范围为80～300K，测温精度优于0．01K。同时，该设备还配置了反射率和辐照度的原位测量装置，分别如图1和图2所示。反射率原位测量装置由辅助光学系统、中温黑体和Hg—Cd—Te探测器组成。其中辅助光学系统由离轴抛物面反射镜和3块直径为100mm的折光镜组成，离轴抛物面反射镜的

5、有效口径为178mlTl、焦距1000mitt、离轴角90；中温黑体的温度为875K。辐照度原位测量装置包括辅助离轴抛物面准直光学系统、扫描镜和中温黑体。其中辅助离轴抛物面准直光学系统的口径127mm，离轴角20。。图1反射率原位测量装置Fig．1In-situreflectivitymeasurementsystem收稿日期：2012．10．30；修回日期：2013—01．08作者简介：杨林华(1962一)，女，研究员，主要从事卫星光学遥感器模拟空间环境下辐射定标技术和空间太阳辐照环境模拟技术的研究。E-mail：ylhl357@yahoo．tom．cn。第1

6、期杨林华等：红外遥感器辐射定标技术概述35图2辐照度原位测量装置Fig．2In-situirradiancemeasurementsystem1．2美国AEDC辐射定标设备从20世纪70年代开始，美国空军阿诺德工程发展中心(AEDC)经过几十年的发展，建立了多套能满足空间和机载遥感器辐射定标需要的设备，其中最著名的是7V和10V定标设备。1．2．17V定标设备7V定标设备能够提供卫星遥感器从可见光到远红外的辐射定标，其光学系统为双镜离轴反射式卡塞格林系统，焦距为16500mln，准直光束的有效孔径为500mnl，视场角为1．40；反射镜表面镀了增强银膜和保护膜，

7、在O．5～30gm之间的反射率高于88％[7-8】。该设备容器结构如图3所示121，定标系统光路如图4所示【81：图37V定标设备容器结构Fig．3Structureofthe7Vchamber：临桃图4辐射定标系统光路Fig．4Lightpathforthecalibrationsystem1．2．210V定标设备10V定标设备具有闭环检测的能力，能够提供现实场景对多谱段的光电传感器进行性能检测，从而大幅度提高了定标技术水平。其光学准直系统为四镜系统，焦距为14300mln，准直光束的有效孔径为350ITlIn，视场角为1．40，衍射极限为1．81．tm，目标

8、分辨率优于lmrad[9