實(shí)現(xiàn)自定標(biāo)功能的八通道輻射計(jì)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及遙感科學(xué)和光輻射測量領(lǐng)域，具體是一種實(shí)現(xiàn)自定標(biāo)功能的八通道輻射計(jì)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜輻射計(jì)是獲得遙感觀測目標(biāo)光譜輻射信息最重要的光電測量設(shè)備，可以布置在地面、無人機(jī)、氣球、衛(wèi)星等多個(gè)平臺，獲得觀測目標(biāo)的光譜輻亮度，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事、航天等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前商用化的光譜輻射計(jì)的分光方式有多種，包括濾光片、光柵、棱鏡、液晶可調(diào)諧等，這些光譜輻射計(jì)一般在觀測前需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)，獲得光譜輻射計(jì)的定標(biāo)系數(shù)。在衛(wèi)星觀測平臺上，一般的遙感器都會受到空間紫外輻照、高能粒子轟擊等外太空環(huán)境因素的影響，光、電元件容易老化衰變，對光學(xué)遙感器定標(biāo)系數(shù)周期性校正可以精確反演目標(biāo)光譜輻亮度。
[0004]目前對衛(wèi)星觀測遙感器定標(biāo)方式主要有星上定標(biāo)和在軌定標(biāo)兩種方式，星上定標(biāo)則以太陽、月亮或恒星天體作為定標(biāo)光源，利用星上漫射板進(jìn)行定標(biāo)，或在衛(wèi)星平臺上放入內(nèi)置定標(biāo)器。在軌定標(biāo)則是當(dāng)衛(wèi)星過頂時(shí)同步測量地面和大氣等相關(guān)參量，代入大氣傳輸模型，反演衛(wèi)星入瞳輻亮度的過程。
[0005]無論是星上定標(biāo)還是在軌定標(biāo)，為了提高衛(wèi)星有效載荷的應(yīng)用水平，都需要將衛(wèi)星光學(xué)載荷的輻射量值溯源至SI單位制，在衛(wèi)星平臺上布置定標(biāo)器，可以保證衛(wèi)星有效載荷溯源至高精度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，但一般的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在衛(wèi)星平臺上也會發(fā)生變化，這個(gè)變化如何評估?另外在衛(wèi)星平臺上布置星上定標(biāo)器，需占用衛(wèi)星平臺的諸多資源，影響衛(wèi)星的使用壽命ο
[0006]相關(guān)光子定標(biāo)技術(shù)是利用激光與非線性介質(zhì)相互作用產(chǎn)生時(shí)間、空間、頻率等相關(guān)光子的過程，探測到一個(gè)光子就可以預(yù)測另一個(gè)光子的存在，利用這種原理可以實(shí)現(xiàn)對光電探測器的量子效率進(jìn)行定量評估。研制的八通道輻射計(jì)，具備輻射觀測和自校準(zhǔn)功能，其中自校準(zhǔn)模塊可以對八通道輻射計(jì)的光電回路損耗因子進(jìn)行定量測量，從而實(shí)現(xiàn)八通道輻射計(jì)“無標(biāo)準(zhǔn)傳遞的”絕對定標(biāo)，將在未來衛(wèi)星遙感星上定標(biāo)過程中發(fā)揮著空間輻射基準(zhǔn)的作用，實(shí)現(xiàn)對其他衛(wèi)星觀測遙感器定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行量值傳遞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種能實(shí)現(xiàn)自定標(biāo)的八通道輻射計(jì)，設(shè)備兼有輻射觀測和自校準(zhǔn)功能，自校準(zhǔn)模塊可以對八通道輻射計(jì)的光電損耗因子進(jìn)行定量評估，定期獲取八通道輻射計(jì)的定標(biāo)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對八通道輻射計(jì)輻射觀測值的校正。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種實(shí)現(xiàn)自定標(biāo)功能的八通道輻射計(jì)，其特征在于:包括有觀測光路，觀測光路上依次設(shè)有相關(guān)光子產(chǎn)生模塊、掃描電機(jī)模塊;所述相關(guān)光子產(chǎn)生模塊包括有依次設(shè)置的激光器、起偏器、半波片、激光功率穩(wěn)定器、聚焦透鏡、非線性晶體以及準(zhǔn)直透鏡，所述的激光器產(chǎn)生波長為355nm的栗浦激光，經(jīng)過起偏器起偏后產(chǎn)生線偏振光，經(jīng)激光功率穩(wěn)定器后產(chǎn)生穩(wěn)定的激光光束，后經(jīng)過聚焦透鏡會聚到非線性晶體的中心位置，在滿足相位匹配條件的情況下，產(chǎn)生自發(fā)輻射的寬波段相關(guān)光子光譜，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后產(chǎn)生準(zhǔn)直的平行光;所述掃描電機(jī)模塊包括掃描反射鏡，分別將八通道輻射計(jì)分別切換到輻射觀測模式和校準(zhǔn)模式，掃描電機(jī)模塊的掃描反射鏡工作時(shí)的反射光路上依次設(shè)有復(fù)用望遠(yuǎn)模塊、準(zhǔn)直光路模塊、分光和會聚光路模塊、光電探測和信號處理模塊;所述復(fù)用望遠(yuǎn)模塊包括依次設(shè)置的截止濾光片、前置光闌、會聚光路、反射鏡和視場光闌，一方面用于確定八通道輻射計(jì)的觀測視場大小，另一方面保證輻射觀測模式和校準(zhǔn)模式具有公共傳輸光路;所述準(zhǔn)直光路模塊是將視場光闌處輸出的發(fā)散光束轉(zhuǎn)換為平行光;所述分光和會聚光路是通過分色片將八個(gè)波長的相關(guān)光子光源進(jìn)行空間分離，通過會聚光路入射到相應(yīng)的光子計(jì)數(shù)探測器中；所述光電探測和信號處理模塊包括有依次連接的光電探測模塊、符合探測模塊和信號處理模塊;光電探測模塊是利用光子計(jì)數(shù)探測器將光子信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，八波段的相關(guān)光子信號分別采用八路光子計(jì)數(shù)探測器進(jìn)行探測；符合探測模塊是將脈沖整形后的TTL電平信號經(jīng)時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器進(jìn)行探測；信號處理模塊則是記錄符合計(jì)數(shù)、意外符合計(jì)數(shù)、觸發(fā)通道計(jì)數(shù)、觸發(fā)通道暗計(jì)數(shù)，以及輻射觀測過程中記錄八通道探測器的計(jì)數(shù)和暗計(jì)數(shù)。
[0009]信號處理模塊，主要包括校準(zhǔn)模式的信號處理和輻射觀測模式的信號處理，校準(zhǔn)模式的信號處理主要是獲得共用部分的光電回路損耗，輻射觀測模式的信號處理部分主要是記錄單位時(shí)間內(nèi)的光子計(jì)數(shù)探測器的光譜通道的光子速率，并最終獲得八通道輻射計(jì)的校正系數(shù)。
[00?0]基于自定標(biāo)功能的八通道福射計(jì)福射定標(biāo)校正方法，具體實(shí)施步驟如下:
(1)打開激光器激光功率穩(wěn)定器、光子計(jì)數(shù)探測器、時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換器、光子計(jì)數(shù)器等測量設(shè)備的電源，預(yù)熱30分鐘以上；
(2)將掃描電機(jī)模塊的掃描反射鏡切換到校準(zhǔn)光路，精密調(diào)節(jié)半波片的透光軸與非線性晶體的光軸方向一致，設(shè)置光子計(jì)數(shù)探測器的測量時(shí)間，記錄時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換輸出的有效符合計(jì)數(shù)值與有效觸發(fā)計(jì)數(shù)值；
(3)將半波片的光軸方向旋轉(zhuǎn)45度角，設(shè)置光子計(jì)數(shù)探測器的測量時(shí)間，記錄時(shí)間幅度轉(zhuǎn)換輸出的意外符合計(jì)數(shù)值與背景觸發(fā)計(jì)數(shù)值；
(4)通過(2)、(3)獲得輻射觀測和校準(zhǔn)模式的共用光電回路衰減因子大??；
(5)關(guān)閉栗浦激光，將掃描反射鏡旋轉(zhuǎn)90度切換到輻射觀測光路，設(shè)置光子計(jì)數(shù)探測器的測量時(shí)間，記錄各通道光子計(jì)數(shù)探測器輸出的光子計(jì)數(shù)值；
(6)將(4)、(5)中測量的相關(guān)參數(shù)和已知參數(shù)代入到八通道輻射計(jì)輻射測量方程中，獲得八通道輻射計(jì)的通道的輻射定標(biāo)系數(shù)。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明將相關(guān)光子定標(biāo)技術(shù)應(yīng)用于光學(xué)遙感器光譜輻射測量過程中，定期實(shí)現(xiàn)對光學(xué)遙感器定標(biāo)系數(shù)的更新與修正，因相關(guān)光子定標(biāo)是一種不需要標(biāo)準(zhǔn)傳遞的定標(biāo)技術(shù)，因此不需要溯源于實(shí)驗(yàn)室和衛(wèi)星平臺上高精度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，理論上具有更低的測量不確定度。
[0012]本發(fā)明利用相關(guān)光子定標(biāo)原理做成的光譜輻射計(jì)，兼有輻射觀測和自校準(zhǔn)的功能，自校準(zhǔn)模塊可以實(shí)現(xiàn)對光譜輻射計(jì)整個(gè)光電回路的變化進(jìn)行測量，將變化因子代入到輻射測量方程中可以獲得修正后的定標(biāo)系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)光譜輻射計(jì)的自定標(biāo)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)自定標(biāo)功能的八通道輻射計(jì)光路示意圖。
[0014]圖2為