热红外成像光谱仪内部杂散辐射的分析与测量
发布时间：2021-11-13 17:22
热红外光谱遥感仪器可以探测目标的热辐射量并且可以同时获取几十至上百个不同热红外光谱波段的定量化信息,能够分辨出物质的微小差异、全天候有效工作并有诸多不同于其他谱段的独特应用。但在常温工作条件下,热红外光谱仪自身产生的内部杂散辐射较高,占用了系统的动态范围,造成探测器的积分时间无法提升、信噪比受限等问题,而且由系统温度波动引发的内部杂散辐射波动还会严重影响光谱仪系统的辐射定量化。目前,内部杂散辐射已经成为制约热红外成像光谱仪系统性能提升的瓶颈,需要对其进行分析、测量和抑制等研究。本文介绍了热红外成像光谱仪的研究现状,指出了热红外成像光谱仪由于其内部机械结构复杂且表面积大,光学元件种类多样,使用环境不稳定等多种问题,使得热红外成像光谱仪的内部杂散辐射的分析和测量研究依然存在着诸多不足和困难。介绍了课题基于Offner凸面光栅结构的热红外成像光谱仪的详细光机设计,以热红外光谱仪的内部杂散辐射为研究对象,对热红外光谱仪内部杂散辐射分析方法、评价指标、测量方法和抑制方法等方面进行了深入研究。本论文的主要研究成果如下:1)针对常用的内部杂散辐射分析方法如采用数学积分的理论计算方法、以光谱仪内部各表...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
一人手持两瓶无色的四氟乙烷气体的可见光图像与热红外高光谱图像[2]（红色为经标注的四氟乙烷气体）
第1章绪论5下面介绍其中几台有代表性的仪器。（1）空间增强宽谱段光谱系统SEBASS(SpatiallyEnhanceBroadbandArraySpectrographSystem)空间增强宽谱段光谱系统SEBASS由美国航空设备制造商AerospaceCorporation公司于1996年研制，是第一台被报道的工作于热红外波段的高光谱成像仪，其光学系统结构如图1.2[3]所示，它有两个工作波段：2.0~5.2μm(MWIR)、7.8~13.5μm(LWIR)，F数为7.2，NESR达到0.8μW，在中波红外波段，采用LiF曲面棱镜作为分光元件，光谱分辨率为25nm，在热红外波段，采用NaCl曲面棱镜作为分光元件，光谱分辨率为50nm。地面景物信息经过前置望远物镜成像于狭缝处，后经由二向色镜被分为中波红外与长波红外两个波段，这两个波段的光线分别由各自的分光棱镜色散，最终成像于相应的探测器处。图1.2空间增强宽谱段光谱系统SEBASS光学系统设计[3]Fig.1.2SystemobjectofSpatially-EnhancedBroadbandArraySpectrographSystem[3]（2）机载高光谱成像仪AHI(AirborneHyperspectralImager)机载高光谱成像仪AHI于1998年由美国夏威夷大学、美国技术研究协会和空间计算公司研发完成，起初设计为红外高光谱的遥感矿物探测能力进行验证的实验样机。AHI长波光谱成像仪包含望远镜、光谱仪以及焦平面电路，其光学系统示意图和实物图分别如图1.3[5]和图1.4[5]所示，AHI的谱段范围是7.5~11.5μm，共有32个通道，光谱分辨率为125nm，NEΔT达到0.1K@300K。
热红外成像光谱仪内部杂散辐射的分析和测量6图1.3机载高光谱成像仪AHI的光学示意图[5]Fig.1.3OpticalschematicdiagramofAHI[5]图1.4机载高光谱成像仪AHI的实物图[5]Fig.1.4PhysicalmapofAHI[5]（3）长波高光谱成像仪LWHIS(LongWaveHyperspectralImagingSpectrometer)长波高光谱成像仪LWHIS由美国诺格空间公司于2003年研制，见图1.5[8]，波段范围为8~12.5μm，F数为2.5，光谱分辨率达到35nm。空间分辨率达到0.9mrad，成像视场为6.5°，其采用平面光栅分光，光谱波段达到128个。
【参考文献】：
期刊论文
[1]可见短波红外高光谱相机有效载荷观测能力及应用前景[J]. 刘银年,孙德新,胡晓宁,刘思含,甘甫平,葛曙乐. 上海航天. 2019(S2)
[2]热红外光谱仪系统的内部杂散辐射定标与测量技术[J]. 彭俊,何琦,张营,王佰海,孙德新,刘银年. 红外与毫米波学报. 2019(05)
[3]成像光学系统杂光系数分析与计算[J]. 孙林,崔庆丰. 激光与光电子学进展. 2018(12)
[4]基于CODEV和LightTools的成像系统初级鬼像分析[J]. 常伟军,耿海峰,腾国奇,郑常青. 应用光学. 2017(02)
[5]Compensation to the output drift for cooled infrared imaging systems at various ambient temperatures[J]. 田棋杰,常松涛,何锋赟,乔彦峰. Optoelectronics Letters. 2017(02)
[6]热红外高光谱成像仪的灵敏度模型与系统研制[J]. 王建宇,李春来,王跃明,吕刚,袁立银,金健,陈小文,谢峰. 红外与激光工程. 2017(01)
[7]大视场小F数同轴Offner结构热红外光谱仪的设计[J]. 张营,丁学专,杨波,刘银年. 红外技术. 2016(07)
[8]面向地学应用的高光谱遥感器指标体系设计[J]. 刘银年,丁学专,李志忠. 地球科学(中国地质大学学报). 2015(08)
[9]制冷型红外成像系统内部杂散辐射测量方法[J]. 常松涛,孙志远,张尧禹,朱玮. 物理学报. 2015(05)
[10]热红外高光谱成像技术的研究现状与展望[J]. 王建宇,李春来,姬弘桢,袁立银,王跃明,吕刚,刘恩光. 红外与毫米波学报. 2015(01)
博士论文
[1]基于线性渐变滤光片的光谱成像技术研究[D]. 李洪波.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2018
[2]红外经纬仪内部杂散辐射分析抑制与测量技术研究[D]. 田棋杰.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]空间光学系统杂散辐射抑制研究[D]. 朱杨.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]地球同步轨道空间相机杂散光分析与应用技术的研究[D]. 陆强.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[5]长波红外高光谱成像仪光学技术研究[D]. 张营.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[6]红外经纬仪结构设计及提高其辐射测量精度的关键技术研究[D]. 常松涛.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[7]大口径多光谱变焦光学系统杂散光分析与抑制技术研究[D]. 梅超.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[8]透射式红外系统热光学稳定性关键技术研究[D]. 常虹.哈尔滨工业大学 2011
[9]红外探测系统杂散辐射的分析与抑制技术研究[D]. 牛金星.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2010
硕士论文
[1]无遮拦宽视场大相对孔径两反前置望远物镜的设计与研制[D]. 周正平.苏州大学 2014
[2]基于棱镜—光栅—棱镜的成像光谱系统设计[D]. 齐永红.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[3]基于Hyperion数据的地物分类方法研究[D]. 黄楠.东北林业大学 2006
本文编号：3493405
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
一人手持两瓶无色的四氟乙烷气体的可见光图像与热红外高光谱图像[2]（红色为经标注的四氟乙烷气体）
第1章绪论5下面介绍其中几台有代表性的仪器。（1）空间增强宽谱段光谱系统SEBASS(SpatiallyEnhanceBroadbandArraySpectrographSystem)空间增强宽谱段光谱系统SEBASS由美国航空设备制造商AerospaceCorporation公司于1996年研制，是第一台被报道的工作于热红外波段的高光谱成像仪，其光学系统结构如图1.2[3]所示，它有两个工作波段：2.0~5.2μm(MWIR)、7.8~13.5μm(LWIR)，F数为7.2，NESR达到0.8μW，在中波红外波段，采用LiF曲面棱镜作为分光元件，光谱分辨率为25nm，在热红外波段，采用NaCl曲面棱镜作为分光元件，光谱分辨率为50nm。地面景物信息经过前置望远物镜成像于狭缝处，后经由二向色镜被分为中波红外与长波红外两个波段，这两个波段的光线分别由各自的分光棱镜色散，最终成像于相应的探测器处。图1.2空间增强宽谱段光谱系统SEBASS光学系统设计[3]Fig.1.2SystemobjectofSpatially-EnhancedBroadbandArraySpectrographSystem[3]（2）机载高光谱成像仪AHI(AirborneHyperspectralImager)机载高光谱成像仪AHI于1998年由美国夏威夷大学、美国技术研究协会和空间计算公司研发完成，起初设计为红外高光谱的遥感矿物探测能力进行验证的实验样机。AHI长波光谱成像仪包含望远镜、光谱仪以及焦平面电路，其光学系统示意图和实物图分别如图1.3[5]和图1.4[5]所示，AHI的谱段范围是7.5~11.5μm，共有32个通道，光谱分辨率为125nm，NEΔT达到0.1K@300K。
热红外成像光谱仪内部杂散辐射的分析和测量6图1.3机载高光谱成像仪AHI的光学示意图[5]Fig.1.3OpticalschematicdiagramofAHI[5]图1.4机载高光谱成像仪AHI的实物图[5]Fig.1.4PhysicalmapofAHI[5]（3）长波高光谱成像仪LWHIS(LongWaveHyperspectralImagingSpectrometer)长波高光谱成像仪LWHIS由美国诺格空间公司于2003年研制，见图1.5[8]，波段范围为8~12.5μm，F数为2.5，光谱分辨率达到35nm。空间分辨率达到0.9mrad，成像视场为6.5°，其采用平面光栅分光，光谱波段达到128个。
【参考文献】：
期刊论文
[1]可见短波红外高光谱相机有效载荷观测能力及应用前景[J]. 刘银年,孙德新,胡晓宁,刘思含,甘甫平,葛曙乐. 上海航天. 2019(S2)
[2]热红外光谱仪系统的内部杂散辐射定标与测量技术[J]. 彭俊,何琦,张营,王佰海,孙德新,刘银年. 红外与毫米波学报. 2019(05)
[3]成像光学系统杂光系数分析与计算[J]. 孙林,崔庆丰. 激光与光电子学进展. 2018(12)
[4]基于CODEV和LightTools的成像系统初级鬼像分析[J]. 常伟军,耿海峰,腾国奇,郑常青. 应用光学. 2017(02)
[5]Compensation to the output drift for cooled infrared imaging systems at various ambient temperatures[J]. 田棋杰,常松涛,何锋赟,乔彦峰. Optoelectronics Letters. 2017(02)
[6]热红外高光谱成像仪的灵敏度模型与系统研制[J]. 王建宇,李春来,王跃明,吕刚,袁立银,金健,陈小文,谢峰. 红外与激光工程. 2017(01)
[7]大视场小F数同轴Offner结构热红外光谱仪的设计[J]. 张营,丁学专,杨波,刘银年. 红外技术. 2016(07)
[8]面向地学应用的高光谱遥感器指标体系设计[J]. 刘银年,丁学专,李志忠. 地球科学(中国地质大学学报). 2015(08)
[9]制冷型红外成像系统内部杂散辐射测量方法[J]. 常松涛,孙志远,张尧禹,朱玮. 物理学报. 2015(05)
[10]热红外高光谱成像技术的研究现状与展望[J]. 王建宇,李春来,姬弘桢,袁立银,王跃明,吕刚,刘恩光. 红外与毫米波学报. 2015(01)
博士论文
[1]基于线性渐变滤光片的光谱成像技术研究[D]. 李洪波.中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所) 2018
[2]红外经纬仪内部杂散辐射分析抑制与测量技术研究[D]. 田棋杰.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]空间光学系统杂散辐射抑制研究[D]. 朱杨.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2016
[4]地球同步轨道空间相机杂散光分析与应用技术的研究[D]. 陆强.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[5]长波红外高光谱成像仪光学技术研究[D]. 张营.中国科学院研究生院(上海技术物理研究所) 2016
[6]红外经纬仪结构设计及提高其辐射测量精度的关键技术研究[D]. 常松涛.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[7]大口径多光谱变焦光学系统杂散光分析与抑制技术研究[D]. 梅超.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[8]透射式红外系统热光学稳定性关键技术研究[D]. 常虹.哈尔滨工业大学 2011
[9]红外探测系统杂散辐射的分析与抑制技术研究[D]. 牛金星.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2010
硕士论文
[1]无遮拦宽视场大相对孔径两反前置望远物镜的设计与研制[D]. 周正平.苏州大学 2014
[2]基于棱镜—光栅—棱镜的成像光谱系统设计[D]. 齐永红.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2014
[3]基于Hyperion数据的地物分类方法研究[D]. 黄楠.东北林业大学 2006
本文编号：3493405
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