[发明专利]基于大气选择透过特性的单色仪光波长偏移量的检测方法

说明书

本发明公开了一种基于大气选择透过特性的单色仪光波长偏移量的检测方法。所述方法在由宽光谱范围光源、平行光管、光谱仪组成的装置上实现。所述的大气选择透过特性以美国空军地球物理实验室研制的中分辨率大气传输模型给出。所述水汽光谱定标方法利用大气在特定波长范围内对单色光的吸收效应，计算成像光谱仪在特定波长区间内的光谱响应函数。通过成像光谱仪的实际响应曲线与理论响应曲线的最小二乘拟合，实现单色仪出光波长偏移量的测定。基于大气选择透过特性的单色仪输出波长偏移量检测精度能够达到亚纳米级水平。

技术领域

本发明公开了一种基于大气选择透过特性的单色仪输出光波长偏移量的检测方法，本发明属于光谱成像领域。所述方法能够对单色仪输出单色光的波长偏移量进行测量，能够准确、快速的实现单色仪出光偏移量的亚纳米级光谱测量的目标。

背景技术

遥感信息定量化通过遥感信息反演目标参量，实现目标的定量化识别，是遥感技术的重要发展方向之一。作为一种图谱合一的成像技术领域，高光谱成像仪已经在灾害监测、城市规划、海洋探测、目标分类等领域得到的广泛的应用。遥感信息定量化要求成像光谱仪具有精确的光谱标准，准确的光谱位置是目标参量反演必不可少的环节。喷气动力实验室指出，若光谱不确定度为仪器光谱半高宽的百分之五，那么入瞳辐亮度会产生百分之八的测量误差。此外，对于光谱分辨率为十纳米的高光谱成像光谱仪而言，一纳米的光谱误差会在大气吸收波段引起正负百分之二十五的辐亮度反演误差。光谱位置的精度对高光谱成像仪的影响十分显著。由单色仪和平行光管组成的光谱测量系统能够实现宽光谱范围的连续波长扫描，是目前国内外普遍采用的方法。但单色仪自身状态的不确定性一直以来都是限制单色准直光系统精度的瓶颈。针对此类问题，欧空局使用激光器和一系列气体原子灯对单色仪进行校准，最终实现正负零点一五的单色仪出光不确定度。虽然单色仪的光谱不确定度在不断的下降，但传统测量方法工作量比较大，资源消耗更加庞大。因此，发明一种能够降低单色仪光谱测量不确定度，同时提高光谱测量效率的方法是很有必要的。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于大气选择透过特性的单色仪输出光波长偏移量的检测方法用于解决上述问题。该方法根据大气吸收范围内每个吸收细峰所引起光谱仪数字响应曲线的毛刺，结合中分辨率大气传输模型，对位于大气吸收范围的各像元对单色仪扫描成像的响应值曲线与其理论响应曲线进行匹配，并利用实际响应曲线与理论响应曲线的差值，精确测量出单色仪的出光偏差量，达到测量单色仪出光偏差量的目的。该方法能够提高单色仪出光偏移量的测量效率，同时解决光谱仪响应波形失真问题。基于大气选择透过特性的单色仪输出光波长偏移量的检测方法的绝对不确定度为0.25nm，使单色仪的输出光波长偏移量的测量精度有显著提高。

本发明的技术方案如下：

一种基于大气选择透过特性的单色仪输出光波长偏移量的检测方法。所述方法由宽光谱范围的光源、平行光管以及成像光谱仪组成的装置实现。本发明根据光谱仪在水汽吸收范围内的数字响应值曲线，结合大气透过率数据库，完成对单色仪输出光波长偏移量的测量。

本发明采用宽光谱范围且光谱连续的光源作为单色仪入射狭缝的光源，将单色仪的出射狭缝放置于平行光管的焦点处，经平行光管出射的平行光由折转镜反射入瞳，在光谱仪光学系统的作用下最终在探测器焦平面处成像。设单色仪出光狭缝处的单色光出射辐亮度为L(λ)，水汽透过率为ξ(λ)，仪器光学系统透过率为τ(λ)，仪器色散系统能量传递分布函数为ψ(λ)，探测器量子效率为η_d(λ)，电子学系统光谱响应率为η_e(λ)，那么仪器的光谱响应函数S(λ)满足：

S(λ)＝τ(λ)·ψ(λ)·η_d(λ)·η_e(λ)

仪器第i行光谱维第j列空间维波段的数字值响应可以看做光谱响应函数与入瞳辐亮度在波段内的积分，满足：