针对红外精确制导中抗干扰的问题, 开展基于光谱角和光谱距离等特征参量的目标光谱识别技术仿真和实验研究。在目标、 干扰均为灰体辐射的前提条件下, 对目标和干扰在不同发射率模型、不同辐射温度下的红外光谱辐射分布进行理论建模, 定量分析了目标和干扰的光谱角和光谱距离特征参量与其温度、发射率的关系, 数值表征了目标和干扰的光谱差异。 为验证上述光谱区分方法的有效性, 实验采集并分析了目标和干扰的光谱数据。研究结果表明光谱角和光谱距离能够 将两者进行有效的区分, 为复杂背景下目标识别提供理论和实验基础。

基于自发参量下转换的高精度自校准辐射基准源是目前卫 星遥感定标的研究热点。介绍了双通道自校准辐射计的工作原理并搭建了实验装置,展开了与传统 辐亮度标准探测器的比对实验验证。采用736.9 nm激光导入积分球的单色均匀辐亮度光源,将双通道 自校准辐射计和辐亮度标准探测器分别对积分球出口辐亮度进行探测,测得绝对辐亮度分 别为4.69×10－9 W/(sr·mm2)和5.19×10－9 W/(sr·mm2), 二者之间的相对偏差为9.63%,验证了研制的双通道自校准辐射计的原理可行性。

为在相关光子定标技术工程化过程中选择合适的泵浦机制及相位匹配模式, 开展了基于连续和脉冲激光的相关光子比对实验.采用355 nm连续激光泵浦偏硼酸钡晶体产生相关光子对, 对晶体吸收、透射损耗以及光学元件透过率进行测量和修正, 同时使用基于时间幅度转换的符合测量方法,得到单光子探测器量子效率为59.15%.利用518 nm脉冲激光泵浦周期极化磷酸钛氧钾晶体, 采用准相位匹配技术获取相同波段的相关光子, 基于时间幅度转换的符合测量方法得到单光子探测器量子效率为59%.比对实验结果, 两套定标装置方法的测量结果之差在0.25%以内, 主要误差来源于单光子探测器的响应非线性、光路透过率修正误差和单光子探测量子效率面非均匀性.实验结果验证了相关光子定标技术可随时随地复现的优点, 以及相关光子定标结果不受泵浦机制差异和实验装置差异的影响, 可为相关光子技术工程化中的激光器工作模式和相位匹配方式的选择提供参考依据.

采用355 nm连续激光泵浦BBO晶体产生参量下转换效应,搭建了相关光子辐射定标实验装置, 使用时间数字转换和时间幅度转换两种符合测量方法进行比对测量, 定标了不同光子速率下雪崩光电二极管在737 nm波段的探测效率, 分析了在高光子计数率下死时间和后脉冲等因素对符合测量选取符合门宽和意外符合的影响, 比较了不同光子计数速率的测量结果并分析符合测量的修正因素, 修正后两种测量结果的相对偏差优于0.25%.采用时间间隔技术测量了不同光子计数率的后脉冲概率, 为提高单光子探测器的计数精度和相关光子定标的精度提供依据.

针对我国空间科学的未来发展和应用需求,以及目前星上定标和在轨定标方法的局限性,提出一种基于自发参量下转换效应的自校准宽谱段(450～1500 nm) 辐射基准源设计方案。该辐射基准源系统主要由宽波段参量下转换、观测与自校准复用光路、多路光子计数与符合探测、信号采集与 测量控制等4个主要功能模块构成。辐射基准源兼有星上自校准和自主观测功能,能够在不依赖于外部基准的条件下实现高精度的自校准,保障对 地高精度观测,为其他卫星有效载荷提供高精度的量值传递标准。

采用相关光子法定标单光子探测器的量子效率对提高光学载荷的辐射定标准确度具有重要意义.利用355 nm连续激光泵浦BBO晶体产生Ⅰ类自发参量下转换, 在共线和非共线两种相位匹配模式下分别测量了单光子探测器雪崩光电二极管在736 nm波段的量子效率.结果表明, 共线和非共线两种模式测量结果的合成不确定度分别为0.71%和0.39%, 相对偏差均优于0.4%, 这两种模式都可以定标探测器量子效率, 且具有很好的一致性.最后比较了两种模式定标探测器量子效率的优缺点, 该研究为以后利用相关光子法对遥感器进行辐射定标提供了晶体相位匹配模式选择的依据.

用于偏振光学遥感器定标的参考光源, 其偏振态的检测精度会直接影响偏振光学遥感器的定标精度, 进而影响目标特性的反演水平。 选用870 nm波段的水平线偏振光作为被测试的定标参考光源, 通过旋转1/4波片(quarter-wave plate, QWP)对其光强进行调制。 调制光强可表达为波片快轴旋转角度的傅里叶级数, 采用傅里叶变换法反演出级数的系数, 根据该系数即可计算出被测试光源的Stokes参量。 给出10次测量各参量及偏振度的平均值、 标准偏差、 合成不确定度以及测量平均值与理论值的相对偏差。 为提高测试精度, 通过对波片快轴初始定位角度偏差Δα、 延迟量偏差Δδ与检偏器透光轴角度偏差Δβ进行分析, 提出了偏差修正模型。 该模型通过Stokes参量检测偏差随Δδ和Δβ的变化趋势及实际偏差值, 确定Δδ和Δβ的大小。 结合模拟出的波片快轴初始定位角度偏差Δα, 对实验装置加以调整, 再次对光源的偏振态进行检测。 结果表明, 基于该修正模型测得光源的各Stokes参量与理论值最大偏差从未经修正的3.77%降低至1.41%。 证实了基于本实验的原理、 装置、 测量方法及所提出的偏差修正模型可有效提高定标参考光源偏振态检测的精度。

基于相关光子的定标技术能够实现“无标准传递”绝对定标, 研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。 为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求, 基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更多波段扩展。 根据自发参量下转换所满足的相位匹配条件, 推导出相关光子在晶体内的非共线角计算公式, 通过数值模拟相关光子光谱辐射角度分布规律, 优化晶体相位匹配角, 使得自发参量下转换产生的相关光子具有宽光谱分布, 并且相关光子辐射角度与光谱波长能够一一对应。 根据光谱分布数值模拟结果, 建立了多波段相关光子的光谱分布和时间相关性测量实验系统, 利用该系统测量了四对相关光子的光谱分布、 符合计数、 相关时间以及偏振特性。 其中, 测量的光谱分布范围为633~808 nm, 最大光谱分布测量偏差为1.51 mm, 光谱分布实验测量结果与数值模拟结果符合一致； 测量了四对相关光子对的相关时间, 最小相关时间为0.32 ns, 并在实验中观察到了“符合三峰”现象； 相关光子单光子计数及符合计数与泵浦光的偏振方向呈正弦函数关系。 实验研究表明, 相关光子对具有可见光~近红外宽波段分布、 时间相关及偏振特性。 论文研究结果在国内外尚属首次报道, 该研究结果有望应用于光电探测器在多波段的辐射定标。