[发明专利]基于透过率光谱的超分辨光谱仪光谱定标方法

说明书

本发明公开了一种基于透过率光谱的超分辨光谱仪光谱定标方法，利用无背景稳定均匀辐射源分别通过真空和有目标气体的吸收池，利用超分辨率光谱仪分别测量吸收光谱和真空背景光谱，二者之比获取实测透过率光谱；通过吸收池温度、气体压力和程长，结合Hitran数据库计算理论透过率光谱；采用高斯拟合获取透过率光谱精度定位的峰谷光谱点和对应波长（波数）值，通过最小二乘拟合得到光谱定标系数，对理论峰谷波长（波数）值不确定度、高斯拟合不确定度和最小二乘拟合不确定度进行合成得到光谱定标精度。采用本发明进行实际测量，得到了光谱定标系数和光谱定标不确定度。

技术领域

本发明涉及一种基于透过率光谱的超分辨光谱仪光谱定标方法，属于光谱定标技术领域。

背景技术

光谱定标就是将光谱仪测量数值的横坐标序号与输入波长(或波数)建立对应关系。光谱测量是表征待测目标的波长和强度关系，波长的准确性与强度测量结果直接相关，因此光谱仪首先需要进行光谱定标。

常用的光谱定标方法有单色仪法和标准谱线法，光谱定标要求光源的波长不确定度小、稳定性好，在仪器光谱范围内有多个谱线且均匀分布，谱线宽度远小于仪器光谱分辨率，并且谱线强度满足仪器信噪比的要求。对于超分辨率光谱仪器而言，目前单色仪的能量及谱线宽度均不能满足上述要求，常常采用谱线灯或可调谐激光器，通过多个已知输入波长和对应的输出光谱点进行拟合的方法得到对应的波数。但无论是谱线灯还是激光器，光源发出的都是几个或单个特征谱线，与仪器实测光谱(连续谱)特性差异较大。并且谱线灯存在特征线少并且分布不均匀，激光器易受环境中的噪声、振动、温度等因素的影响，造成实际输出波长与设置输出波长存在差异，导致光谱定标系数不准确，最终影响光谱定量化测量的精度。

光辐射传输过程中与气体分子相互作用，通过吸收、散射等过程改变原有光辐射，其中吸收光谱是获取大气成分信息的最有效的技术之一。不同种类分子对光辐射的吸收波长不同，吸收强度与气体浓度和温度相关。气体分子吸收光谱具有固定的特征频率，环境因素(温度、压力、浓度等)小范围内变化只会造成吸收峰线宽和深度的变化，而吸收峰的中心位置不变，通过控制测量状态、合理选择光谱仪测量气体，通过高精度的辐射传输计算透过率光谱，可以作为光谱定标高精度的标准源。

发明内容

针对现有超分辨率光谱仪光谱定标方法的不足，本发明提出了一种基于透过率光谱的超分辨光谱仪光谱定标方法，该方法适用于实验室超分辨率光谱仪光谱定标，同时优化定标装置后可用于超分辨率光谱仪星上光谱定标。

本发明采用的技术方案如下：

基于透过率光谱的超分辨光谱仪光谱定标方法，其特征在于，该方法步骤如下：

(1)打开积分球内温度和压力测量仪表，开启积分球氮气循环系统和水冷循环系统，打开卤钨灯辐射源，待球内温度和压力稳定、氮气浓度大于99％以上，形成稳定连续无背景辐射源；

(2)吸收池控制温度设置为T，池内达到设置温度后打开吸收池抽真空装置，将吸收池内抽至真空度优于10^-4pa；

(3)积分球发出辐射源匀光后形成均匀朗伯面光源，经程长为L的真空吸收池后入射超分辨率光谱仪，吸收池内温度T稳定均匀，辐射源充满光谱仪孔径、视场；

(4)超分辨率光谱仪采集N幅数据，原始数据平均去噪，经误差修正后获取背景光谱B₀；

(5)吸收池充入一定量目标气体，通过高精度压力测量仪表读取吸收池内压力P，保持吸收池温度T恒定；

(6)超分辨率光谱仪采集N幅数据，原始数据平均去噪，经误差修正后获取吸收光谱B₁；

(7)将目标气体吸收光谱B₁和真空测量背景光谱B₀之比获取是测量透过率光谱τ₁；