宽动态范围红外积分球辐射源的设计与初步检测

发布时间：2020-10-25 04:17

　　 积分球辐射源是实验室辐射定标系统中的关键设备之一,具有高稳定性和高均匀性等优良的辐射特性。目前积分球辐射源在太阳反射波段的研制和应用技术相对成熟,广泛应用于实验室辐射定标,但是红外积分球辐射源的研制方法仍需探索,面临着如何实现高均匀性、宽动态范围调节、高稳定性和低背景辐射输出等关键技术问题。本文针对大口径、高温度灵敏度的红外遥感器的定标要求,开展了一种高均匀性和宽辐射动态范围的红外积分球辐射源的设计与初步检测方法研究。为了在3～14 μm波段内选取合适的红外辐射介质作为红外积分球辐射源系统的光源,产生高稳定性的具有光谱辐亮度可调的定标参考光源,本文调研对比了6类红外辐射介质,并对其中3类6种进行了非稳定性和光谱特性测试,最终选用碳纤维石英电热管作为积分球辐射源的红外辐射介质,其光谱辐射非稳定性优于0.4%/1 h。利用积分球的空腔辐射理论和黑体辐射理论,提出子、母镀金积分球串联的匀光方式,有效提高了红外积分球的均匀性。通过改变驱动电源的电流值实现辐射源的输出辐亮度宽动态范围调节,设计程控镀金光阑,通过改变光阑的开口大小实现辐亮度等色温线性调节。采用混合介质制冷模块使母积分球温度降低到155 K,在此温度下,母积分球10 μm处的背景辐射约占出口辐亮度的0.5%。采用喷丸和真空蒸发镀金等工艺实现子、母积分球内壁涂层的制作,并集成安装镀金光阑,完成红外积分球辐射源的结构组装。在常温常压条件下开展了红外积分球辐射源辐射特性的分析与初步检测,结果表明:红外积分球在出光口法线Φ200 mm区域内的均匀性为98.87%,竖直方向上±15°内的角度均匀性为99.69%,实现动态范围内的近线性可调功能,非稳定性为0.16%/30 min,表现出较好的性能。建立了温度变化与辐射源辐亮度输出稳定性之间的关系,并确定了子、母积分球的温控精度。红外积分球辐射源是传统黑体辐射源的有效补充,在红外遥感器的实验室光谱辐射定标中具有潜在的应用价值。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O432.1;TP73
【部分图文】：

目前基于辐亮度标准探测器的辐射定标方法在实验室定标中较为常用，其传??递过程为“低温绝对辐射计—辐亮度标准探测器４末级积分球４遥感器”ｗ，如??图１．１所示。这种定标方法大大提高了现有遥感器的实验室定标精度，在工程上??比较容易实现，己成功用于ＬａｎｄＳａｔ７?ＥＴＭ＋、ＭＯＤＩＳ和ＳｅａＷｉＦＳ中的多个光学??遥感器的实验室定标中。在ＭＯＤＩＳ和ＳｅａＷｉＦＳ的实验室定标中都使用了?ＳＸＲ??（Ｔｈｅ?ＳｅａＷｉＦＳ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ?Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ）作为标准探测器，可对这两种光学遥感器??进行交叉对比，保证了不同光学传感器数据之间的连续性和可比较性。??定标辐射源￣?｜遥感器（航天载??（积分球）?｜荷、地基仪器）??袭?聲酬应度定标，航天载荷??ｊｕ?—？?ｆ?光—酿定标??计?度稳定性测试１??ｕ?Ｉ?鋪丨试??图１．１基于辐亮度标准探测器的辐射传递链??低温辐射计采用电替代原理来测量光辐射的绝对功率［４］，当低温绝对辐射计??的工作温度为液氦温度时，其不确定度为０．０１％［５］。但由于低温辐射计运行环境??严苛、系统复杂，通常只作为实验室内的初级标准，不直接用作定标仪器的工作??１??

可准确建立遥感器的响应与标准入射辐亮度之间的定量化关系，实现遥??感器非线性、非稳定性和噪声等效光谱辐亮度等的性能检测和评估，保障和提高??绝对辐射定标精度。图１．４为积分球辐射源用于ＬａｎｄＳａｔ－７ＥＴＭ＋的地面定标系统。??积分球辐射源的非均匀性和非稳定性是影响其自身辐射特性的重要影响因??素，因此，有效降低积分球辐射源自身的非均匀性和非稳定性，对实现积分球辐??射源绝对辐亮度的高精度测量，提高遥感器的实验室定标精度具有重要意义。??麵??图１．４积分球辐射源用于ＬａｎｄＳａｔ－７ＥＴＭ＋的地面定标系统⑴??３??

ＴＸＲ?Ｏｐｔｉｃａｌ?Ｌａｙｏｕｔ??＼．?＼＼?ＴｕＷｅ？ｇ?Ｂａｆｆｌｅ?Ｖａｎｅｓ?呀?ｊ?：：；；＇?／?Ｂａｆｆｌ？Ｔｕｂ？??图１．３?ＴＸＲ结构示意图ＨＯＩ??积分球辐射源是实验室辐射定标系统中的关键设备之一，具有高稳定性和高??均匀性等优良的辐射特性，可满足遥感器全光路、全视场、全动态范围等的辐射??定标要求［｜｜］。通过调节积分球辐射源参考辐亮度输出，结合基于探测器的标准传??递技术，可准确建立遥感器的响应与标准入射辐亮度之间的定量化关系，实现遥??感器非线性、非稳定性和噪声等效光谱辐亮度等的性能检测和评估，保障和提高??绝对辐射定标精度。图１．４为积分球辐射源用于ＬａｎｄＳａｔ－７ＥＴＭ＋的地面定标系统。??积分球辐射源的非均匀性和非稳定性是影响其自身辐射特性的重要影响因??素，因此，有效降低积分球辐射源自身的非均匀性和非稳定性，对实现积分球辐??射源绝对辐亮度的高精度测量，提高遥感器的实验室定标精度具有重要意义。??麵??图１．４积分球辐射源用于ＬａｎｄＳａｔ－７ＥＴＭ＋的地面定标系统⑴??３??
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本文编号：2855451