为满足对星敏感器在各种谱线分布下对探测能力的高精度标定, 提出了一种基于数字微镜的星模拟器光源系统设计方案, 在一定程度上解决了由星模拟器与星敏感器观星的色温不匹配对星敏感器光信号定标精度产生的问题。从理论上分析了光谱不匹配影响定标精度的原理, 设计了基于数字微镜器件的光谱可调的恒星光谱模拟系统。采用遗传算法作为光谱匹配, 通过遗传算法求解不同的光谱构造函数实现对不同光谱的模拟。最后分别对5 nm分辨率和20 nm分辨率的光谱模拟系统在3 900, 4 800, 6 500 K 3种色温下进行了测试。测试结果表明, 该星模拟器的恒星光谱模拟精度在5 nm分辨率下优于2%, 在20 nm分辨率下优于5%。

介绍了一种以半导体发光二极管(LED)和溴钨灯为光源的光谱可调谐地面景物光谱辐射源, 及其系统结构和控制系统设计。利用地物光谱辐射源模拟了大量不同地物光谱, 在控制系统中建立了地物光谱数据库, 引进了改进型遗传算法匹配出了光谱数据库中的500余种地物光谱。进而详细分析了几种典型地物的光谱匹配相似度, 平均光谱匹配误差以及全波段, 红, 绿, 蓝和近红外波段光谱匹配相似度。目标辐亮度为50W·(m2·sr)-1时, 地物光谱辐射源平均光谱匹配误差在10%以内, 最低可达6.0%;全波段光谱匹配相似度高于0.895, 最高可达0.983;对于同一景物光谱红、绿、蓝和近红外波段(特别是绿光和近红外波段)光谱匹配相似度低于全波段, 绿光和近红外波段光谱匹配相似度与红光和蓝光波段相比, 最大低幅为50%。地物光谱辐射源能够用于光学遥感器的辐射定标, 能有效解决光学遥感器的工作目标与定标光源光谱不匹配造成的定标误差。

基于光谱匹配算法是可调光源产生种类多样光谱分布的必要手段，提出Levenberg-Marquardt算法作为光谱匹配算法。利用峰值位置等间隔均匀分布的理想高斯曲线作为LED发光光谱，借助该设定的一系列曲线仿真模拟目标光谱，实验表明，利用该算法模拟太阳、沙漠、海洋和植被的相对光谱分布，相对光谱差异分别为2.17%、1.76%、2.03%、1.7%。利用实验室现有LED的发光光谱进行验证实验，匹配3种目标光谱的相对差异均小于5%。实验结果表明，Levenberg-Marquardt算法可应用于光谱可调积分球光源的光谱匹配。

针对LED光谱分布可调光源对LED寿命以及光谱一致性的要求,对可见光和近红外波段的29种LED分别进行200 h的电流加速老化试验,并提出LED光谱一致性筛选算法。老化试验结果表明：峰值波长为385 nm、400 nm 和420-1 nm 3种LED的辐射通量平均衰减分别为24.8 %、10.7 %和25.6 %,不能用于LED光谱分布可调光源；剩余的26种LED的辐射通量平均衰减量均低于3.5 %,可作为光谱分布可调光源的内部光源。LED光谱一致性筛选算法以LED光谱数据为基础,计算同类LED间的相对光谱偏差,26种LED的相对光谱偏差均小于4.5 %,保证了所筛选出LED的光谱一致性。

提出了采用LED光谱可调谐光源测量光电探测器相对光谱响应, 详细论述了测量原理和算法, 计算中将辐射传输积分方程改写成求和方程, 求和值与积分值的近似程度与波长间隔大小的选择有关, 仿真分析了不同色温黑体作为探测目标时硅光电探测器和CCD在不同波长间隔下的信号求和值与积分值差异。 仿真结果表明: 10 nm波长间隔时, 探测器信号求和值和积分值差异在0.2%以内, 是波长间隔的理想值。 最后分析了影响该方法测量精度的因素及其解决方案。 该测量方法结构简单, 避免了单色仪等仪器的测量传递误差。

采用溴钨灯和恒流驱动的LED混合作为积分球内部光源, 提出了模拟退火算法作为光谱匹配算法, 研究了光谱分布可调谐积分球光源的光谱匹配技术。仿真实验表明, 该混合光源完全能够定量地模拟CIE-D65和等能光谱分布, 且在辐射功率优于LED模拟结果的前提下, LED的数量分别减少79.8%和82.9%, 平均相对误差分别减小10%和40.5%。给出了380~900 nm波段最大输出辐亮度不低于50 W/(m2·sr)的直径为0.5 m的光谱分布可调谐积分球光源的混光方案。实验表明, 模拟退火算法和恒流驱动方案可应用于光谱分布可调谐积分球光源的工程实践。