基于温度修正的GF-5全谱段光谱成像仪热红外谱段辐射定标
发布时间：2021-06-14 21:50
针对GF-5全谱段光谱成像仪热红外谱段存在响应异常、辐射定标精度难以保障的问题,开展了地面辐射定标补充试验,发现热红外谱段响应对仪器内部温度、焦面温度变化敏感是导致异常现象的主要原因。进一步对相机输出信号值随仪器内部温度、焦面温度变化规律进行了分析总结,提出了基于仪器温度、焦面温度修正的绝对辐射定标算法,成功应用于全谱段光谱成像仪热红外谱段的实验室绝对辐射定标,结果表明定标不确定性为1.36%。
【文章来源】：红外技术. 2020,42(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
定标光路图Fig.1Theopticalpathofabsoluteradiationcalibration548
?GF-5全谱段光谱成像仪热红外谱段辐射定标June20205492数据处理2.1仪器内部变温修正系数全谱段相机红外谱段采用出瞳与冷光阑匹配设计，能够较好地抑制仪器内部非成像光路的热辐射。通过Tracepro内辐射杂光分析知，主镜、次镜和分色片为仪器内部主要的热辐射源。仪器内部温度TINT可由两种方法获得，一种是从仪器舱内的温度传感器直接获得，一种是通过主镜、次镜、分色片的温度测量值拟合求得。在轨运行时两种方法互为补充，避免温度突变带来的影响，其中拟合法通过地面试验获取拟合系数。图2给出了地面试验相机工作时不同仪器内部温度与3个基准点温度的关系。图2仪器内部温度与各基准点温度关系Fig.2Therelationshipbetweentheinstrumentcavitytemperatureandthereferencepoints’由图2可知，随着仪器内部温度升高，3个基准点的温度也升高，可采用加权线性拟合的方法得出仪器内部温度TINT与主镜、次镜与分色片温度的关系：TINT＝Q1T1＋Q2T2＋Q3T3＋Q0(5)式中：T1为分色片温度；T2为主镜温度；T3为次镜温度；Q0、Q1、Q2和Q3为温度拟合系数，如表1所示。表1仪器内部温度拟合系数Table1FittingcoefficientsofinstrumentcavitytemperatureItemsFittingcoefficientSeparationfilterQ10.34PrimarymirrorQ20.29SecondarymirrorQ30.38Q00.028将实际仪器内部温度TINT与参考温度（291K）之差和对应相机输出DN值差进行最小二乘法拟合，得到仪器内部温度变化对各个像元输出DN值的影响关系，即得到仪器内部变温修正系数。表2给出了
第42卷第6期红外技术Vol.42No.62020年6月InfraredTechnologyJune20205502.3定标结果通过仪器内部温度修正系数，焦面温度修正系数如图4所示，对原始数据进行修正得B11、B12谱段在Z4、Z5成像指令下的定标曲线图5、图6所示，可见定标方程R2均大于0.98，说明修正效果较好。2.4定标精度分析根据误差传递理论，忽略影响很小的高阶项，则合成定标不确定性表示为：22222bb-Tbb-eINTFPADN=(6)式中：bb-T为黑体温度不确定度；bb-e为黑体发射率的不确定度；INT为仪器内部温度修正不确定度；FPA为焦面温度修正不确定度；DN为相机输出DN的不确定度。定标黑体通过计量院标定，温度不确定度为0.5K，发射率为＝0.99±0.005，温度不确定度带来的入瞳等效亮度的不确定度为bb-T＝[Le(300.5K)－Le(300K)]/Le(300K)＝0.68%，发射率不确定度带来的入瞳等效辐射亮度的不确定为bb-e＝0.005/0.99＝0.51%；仪器内部温度修正不确定度主要受仪器内部测温精度的影响，仪器内温度测量精度为30mK，乘以仪器内部温度修正系数可获得DN值修正误差约为1个DN值，与采集的300K黑体图像减低后DN值均值作比获得仪器内部温度修正不确定度INT＝0.2%；焦面温度修正不确定度主要受焦面测温精度的影响，焦面(a)B11-Z4(b)B12-Z4(c)B11-Z5(d)B12-Z5图4焦面温度修正系数Fig.4Temperaturecorrectioncoefficientoffocalplane图5B11谱段定标结果图6B12谱段定标结果Fig.5Calibrationresults
【参考文献】：
期刊论文
[1]全谱段光谱成像仪系统设计及实现[J]. 赵艳华,戴立群,白绍竣,刘剑锋,彭宏刚,王浩. 航天返回与遥感. 2018(03)
[2]HgCdTe红外探测器性能分析[J]. 曾戈虹. 红外技术. 2012(01)
本文编号：3230273
【文章来源】：红外技术. 2020,42(06)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
定标光路图Fig.1Theopticalpathofabsoluteradiationcalibration548
?GF-5全谱段光谱成像仪热红外谱段辐射定标June20205492数据处理2.1仪器内部变温修正系数全谱段相机红外谱段采用出瞳与冷光阑匹配设计，能够较好地抑制仪器内部非成像光路的热辐射。通过Tracepro内辐射杂光分析知，主镜、次镜和分色片为仪器内部主要的热辐射源。仪器内部温度TINT可由两种方法获得，一种是从仪器舱内的温度传感器直接获得，一种是通过主镜、次镜、分色片的温度测量值拟合求得。在轨运行时两种方法互为补充，避免温度突变带来的影响，其中拟合法通过地面试验获取拟合系数。图2给出了地面试验相机工作时不同仪器内部温度与3个基准点温度的关系。图2仪器内部温度与各基准点温度关系Fig.2Therelationshipbetweentheinstrumentcavitytemperatureandthereferencepoints’由图2可知，随着仪器内部温度升高，3个基准点的温度也升高，可采用加权线性拟合的方法得出仪器内部温度TINT与主镜、次镜与分色片温度的关系：TINT＝Q1T1＋Q2T2＋Q3T3＋Q0(5)式中：T1为分色片温度；T2为主镜温度；T3为次镜温度；Q0、Q1、Q2和Q3为温度拟合系数，如表1所示。表1仪器内部温度拟合系数Table1FittingcoefficientsofinstrumentcavitytemperatureItemsFittingcoefficientSeparationfilterQ10.34PrimarymirrorQ20.29SecondarymirrorQ30.38Q00.028将实际仪器内部温度TINT与参考温度（291K）之差和对应相机输出DN值差进行最小二乘法拟合，得到仪器内部温度变化对各个像元输出DN值的影响关系，即得到仪器内部变温修正系数。表2给出了
第42卷第6期红外技术Vol.42No.62020年6月InfraredTechnologyJune20205502.3定标结果通过仪器内部温度修正系数，焦面温度修正系数如图4所示，对原始数据进行修正得B11、B12谱段在Z4、Z5成像指令下的定标曲线图5、图6所示，可见定标方程R2均大于0.98，说明修正效果较好。2.4定标精度分析根据误差传递理论，忽略影响很小的高阶项，则合成定标不确定性表示为：22222bb-Tbb-eINTFPADN=(6)式中：bb-T为黑体温度不确定度；bb-e为黑体发射率的不确定度；INT为仪器内部温度修正不确定度；FPA为焦面温度修正不确定度；DN为相机输出DN的不确定度。定标黑体通过计量院标定，温度不确定度为0.5K，发射率为＝0.99±0.005，温度不确定度带来的入瞳等效亮度的不确定度为bb-T＝[Le(300.5K)－Le(300K)]/Le(300K)＝0.68%，发射率不确定度带来的入瞳等效辐射亮度的不确定为bb-e＝0.005/0.99＝0.51%；仪器内部温度修正不确定度主要受仪器内部测温精度的影响，仪器内温度测量精度为30mK，乘以仪器内部温度修正系数可获得DN值修正误差约为1个DN值，与采集的300K黑体图像减低后DN值均值作比获得仪器内部温度修正不确定度INT＝0.2%；焦面温度修正不确定度主要受焦面测温精度的影响，焦面(a)B11-Z4(b)B12-Z4(c)B11-Z5(d)B12-Z5图4焦面温度修正系数Fig.4Temperaturecorrectioncoefficientoffocalplane图5B11谱段定标结果图6B12谱段定标结果Fig.5Calibrationresults
【参考文献】：
期刊论文
[1]全谱段光谱成像仪系统设计及实现[J]. 赵艳华,戴立群,白绍竣,刘剑锋,彭宏刚,王浩. 航天返回与遥感. 2018(03)
[2]HgCdTe红外探测器性能分析[J]. 曾戈虹. 红外技术. 2012(01)
本文编号：3230273
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