本文介绍了一种基于光电倍增管的锁相放大光电探测系统, 并定量地对系统中光电倍增管、放大电路、高压电源的噪声特性进行研究, 发现高压电源的纹波对系统噪声的影响很大。实验利用三台不同纹波的高压电源测试系统噪声, 发现在无光条件下, 系统噪声以光电倍增管暗噪声为主, 高压纹波噪声近似线性地耦合进系统噪声中;在有光条件下, 系统噪声以阳极电流散粒噪声为主, 高压纹波贡献的噪声既随光电流增大而增大也与高压纹波正相关。基于以上研究, 分析了高压电源的传递函数并优化反馈系数, 设计了高稳定低纹波高压电源, 高压纹波小于 5 mV。系统整机信噪比测试表明, 使用自研高压可显著提升系统信噪比, 相比较于其他高压电源(纹波 15 mV, 50 mV), 最大信号下分别提升了 38%和 125%。

利用三个测量波段(290,320,355 nm),进行了海水目标及溢油目标(原油、重油、柴油、汽油、棕榈油)反射特性的室外实验,获得了探测目标的上升辐射强度和溢油-海水对比度与太阳高度角和方位角的关系曲线。结果表明,当太阳高度角为40°~60°时,原油-海水对比度为14%~44%,重油-海水对比度为15%~35%,汽油-海水对比度为12%~26%,棕榈油-海水对比度为15%~47%,柴油-海水对比度为3%~12%。说明联合三个波段,可以在不同太阳高度角和方位角下实现对不同油的探测和识别,表明紫外波段在海面溢油的早期探测和识别方面具有突出优势。

为了提高多通道光栅扫描光谱仪的波长定标精度,在介绍传统单通道光栅光谱仪线性波长扫描原理的基础上,分析并推导了多通道光谱仪中,共用光栅轴装调误差导致的光谱仪输出波长与丝杠移动距离的理论非线性公式。利用该非线性公式作为波长定标公式对风云三号太阳辐照度光谱仪原理样机进行波长定标,结果表明:传统线性公式的定标精度为0.08 nm,利用波长非线性公式可将波长定标精度提高到0.03 nm,满足仪器的波长定标精度,验证了多通道光栅扫描光谱仪波长非线性关系的准确性。

为了在有限的太阳观测窗口内获得高质量的太阳光谱数据,需保证太阳进入观测窗口时仪器已完成自身预热。为保证仪器预热时间的一致性,需在轨实时预报预热开始时刻,需对每轨太阳开始进入仪器观测窗口的时间进行短时间高精度预报。详细介绍了一种由卫星平台当前广播时间和轨道瞬根推导预报时刻太阳角度的方法。利用该方法预报某一太阳同步轨道卫星本体坐标系下的太阳角度,并将预报结果与STK仿真结果进行比对。该预报方法在预热时间内的最大角度误差为0.5°,导致预热时间最大偏差为20 s,满足1 min的指标要求。分析了预报方法中的主要误差来源,为后续卫星载荷的在轨太阳角度短期预报提供了借鉴与参考。

基于目前常用的光谱杂散光测试与修正方法,详细介绍了光谱杂散光矩阵修正法的核心内容——仪器的光谱杂散光矩阵的标定。在实验室搭建了杂散光矩阵测量装置,标定了前向临边成像光谱仪初样机的杂散光矩阵,在外场实验中验证了基于仪器杂散光矩阵的杂散光修正方法的精度。

基于地基天文观测系统光轴平行性的校验需求, 建立了一套高精度多光轴平行性检测系统。针对具有成像光谱仪的天文观测系统, 将恒星作为点光源, 利用天文跟踪系统完成对恒星星象及相应光谱数据的同步采集。在光谱维视场中,成像光谱仪不易准确地确定恒星的位置, 该检测方案利用赤道仪控制系统和成像光谱仪狭缝视场的特点, 对恒星目标进行一维扫描, 将成像光谱仪接收到的恒星能量随着扫描位置进行拟合来确定光谱维视场中心, 通过高斯拟合法来计算光学仪器之间光轴的平行性偏差。试验结果表明: 测量结果不确定度为1.52", 该检测系统结构简单, 满足成像光谱仪和其它成像仪器野外高精度快速检测光轴一致性的要求。

作为一种新型紫外可见线阵图像传感器，紫外可见NMOS已经应用于国外的空间遥感探测中，但是目前在国内相关研究甚少。在紫外可见波段针对NMOS的重要光电性能参量——量子效率进行了定标研究，为NMOS线阵图像传感器在紫外空间遥感探测的应用奠定了基础。基于美国标准技术研究院(NIST)标定的标准探测器，构建了一套NMOS量子效率高精度定标系统。在250~700 nm波段范围内，通过直接标定NMOS入射窗口处接收到的光子数，结合NMOS信号处理及读出单元得到NMOS的响应电子数，标定其量子效率。结果表明NMOS线阵图像传感器的量子效率在紫外波段达到34%@275 nm，在可见波段达到80%@550 nm。通过不确定度分析，量子效率的测量不确定度为2.5%。

研究的星载被动大气探测仪搭载于太阳同步轨道卫星，具有扫描型多模式探测功能，主要探测目的是对同一大气目标交替进行天底探测和临边探测。为实现天底/临边交替探测，研究了临边探测与天底观测模式的匹配方法及时间间隔ΔT 。根据载荷运控模式、卫星运行轨道和地球自转等，建立交替探测数学模型，研究天底/临边交替探测方法，采用Matlab 计算和卫星工具包(STK)仿真场景验证分析得出时间间隔分别为429 s和430 s。根据地球扁率和轨道衰减等误差分析，结合两种探测扫描设定，统一天底探测与临边探测目标区域，最终设定天底/临边交替探测匹配间隔为430 s。

针对地球临边紫外环形成像仪的结构特点及高精度几何定标的需要，提出了一种基于紫外平行光管、高精度经纬仪及六维转台等设备进行的几何定标新方法。通过构建相应的几何定标新装置，实现了地球临边紫外环形成像仪超大临边视场的几何定标。几何定标结果显示，仪器在临边高度方向与理论设计符合程度在2 pixel以内，而在临边方位方向与理想情况偏差最大为25 pixel。不确定度分析表明，仪器在临边高度和方位方向上的几何定标不确定度分别为0.488 pixel和0.612 pixel，均达到亚像素级精度。几何定标新方法及装置对后续同类型仪器的前期光机装调及检测提供了重要参考和实现平台。