双波段短波红外InGaAs线列探测器成像技术研究

发布时间：2017-12-08 18:30

  本文关键词：双波段短波红外InGaAs线列探测器成像技术研究

  更多相关文章： 短波红外 InGaAs 双波段 二类水体 大气校正 FPGA

【摘要】：在水色遥感应用中,通过大气校正获得精确的离水辐射非常重要。对于开阔大洋清洁的一类水体来说,已形成NASA的SeaWiFS/MODIS和ESA的MERIS两类较成熟的业务化标准大气校正算法。而近海浑浊的二类水体,虽然只占海洋总面积的一小部分,却是受人类活动影响最强烈,与人类关系最密切的海域。然而,二类水体组分复杂,由于水体的散射,造成传统针对一类水体大气校正的近红外波段的离水辐射非零;此外,由于人类活动、矿物尘埃和戈壁沙尘导致出现吸收性气溶胶。这样,基于“暗像元”和“弱吸收气溶胶”两种假设的标准大气校正算法不适用于近海二类水体。我国海区除了南海大部分海域和东海南部海域以外,大部分属于二类水体。特别是在近岸,浊度之高在世界上也是少见的。由于缺乏二类水体大气校正手段,这些区域多年来几乎全年没有可用的水色产品数据。而在短波红外波段,水体较近红外波段有着更强烈的吸收,即使浑浊的水体,其离水辐射也接近于零;此外,通过增加短波红外波段,利用气溶胶光谱信息的差异还可实现对吸收和非吸收性气溶胶的区分。因此,近年来人们探索利用短波红外双波段对二类水体进行大气校正。为提高我国海洋水色遥感应用水平,在面向海洋水色探测的宽波段成像仪上专门设置了短波红外双波段探测通道用于二类水体大气校正。为满足海洋水色遥感宽视场、高灵敏度的应用需求,宽波段成像仪短波红外成像系统采用双模块视场拼接推扫成像方式。选用中科院上海技物所自研的800×2短波红外标准波段(0.9~1.7μm)InGaAs线列探测器,通过干涉型窄带滤光片分光和像方远心光路实现1.232~1.252μm和1.630~1.654μm两个波段的探测。本文以宽波段成像仪短波红外成像系统的研制为背景,主要创新点和研究工作包括:1、在水色遥感仪器上配置双波段短波红外探测通道用于二类水体大气校正在国内尚属首次。对国产双波段短波红外长线列InGaAs探测器用于二类水体大气校正的工程实施进行了探索研究;2、采用集成化设计思路,对短波红外成像系统2个子模块探测器的时序驱动、信息获取统一处理,并应用到整个宽波段成像仪,实现了一块信息处理电路,单片大容量FPGA对可见光、短波红外和热红外3个成像系统7片探测器的时序驱动与信息处理,大大简化了电路设计;3、围绕短波红外通道的高灵敏度和宽动态范围的性能要求进行电子学系统设计。为探测器提供稳定的工作温度和低噪声偏置电源、采用低噪声放大电路以提高系统灵敏度;通过在轨注入积分时间、累加次数、转换增益等参数,以适应对地观测和星上定标不同动态范围要求;4、在试验中参与发现、分析定位“鬼像”、“拖影”、“焦面不一致”等影响整机成像质量的难题,对短波红外探测器的设计改进提供了依据,推进了探测器性能的不断提高,从而提高了整机成像质量;5、搭建测试平台,完成各项系统指标的测试和外场成像试验,结果表明双波段短波红外推扫成像系统MTF、灵敏度、光谱响应曲线和动态范围等性能满足指标要求。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN215

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