1 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国气象局国家卫星气象中心，北京 100081
基于仪器的光学视场特性进行有限视场和离轴效应的光谱模拟，研究针对面阵傅里叶光谱仪光谱校正的方法。首先，开展仪器线型函数（ILS）影响分析，确定不同影响因素（有限光程差、有限视场、离轴效应等）的分析方法；其次，以面阵型圆形探测器为例，结合仪器自身光学特性，构建仪器线型函数模型；然后，利用气体吸收光谱模拟离轴效应产生的光谱定标误差和光谱敏感性；最后，基于FY-3F/HIRAS-Ⅱ发射前光谱定标数据，进行光谱校正和定标精度验证。实验结果表明：有限视场和离轴效应使得光谱存在展宽，并向低波数方向偏移。经过光谱定标和校正，中心最差像元光谱定标精度由-24.69×10-6减小到0.54×10-6，边缘最差像元由-513.38×10-6减小到-0.15×10-6，且3个波段内所有像元均满足小于7×10-6的指标要求。
光谱学 光谱定标 仪器线型函数 离轴效应 红外高光谱大气探测仪 光学学报
2024, 44(12): 1230001
1 曲阜师范大学物理工程学院，山东 曲阜273165
2 山东省激光偏光与信息技术重点实验室，山东 曲阜273165
针对现有光弹调制器定标方法受探测器频率响应的局限性，提出一种新的光弹调制器相位调制幅值（Am）定标方法。利用起偏器、光弹调制器、波片，以及检偏器构建定标光路，利用Am=5.136 rad的二次谐波分量零值点作为定标辅助点，将待定标点与定标辅助点间的一阶贝塞尔函数比值作为定标函数，通过测量待定标点与定标辅助点的一次谐波分量比值反推出待定标点的真实相位延迟量幅值。该方法排除了由探测系统频率响应特性带来的定标偏差，并且可以对光弹调制器整个工作区间的相位延迟量幅值进行定标。该方法操作简单、系统鲁棒性强、定标范围广。
光弹调制器 定标 贝塞尔函数 峰值延迟量
1 西安交通大学电气绝缘与电力设备国家重点实验室，陕西 西安 710049
2 中国原子能科学研究院，北京 102413
3 西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室，陕西 西安 710049
针对核工业辐照环境下铀等元素组分远程测量的需求，基于光纤式激光诱导击穿光谱系统，研究了铀矿石样品中铀元素谱线强度的影响因素及其定量测量方法。在实验中，采用光纤传输30 mJ脉冲激光并将其聚焦在铀矿石粉末压片上产生激光诱导等离子体，然后通过同轴光纤回传等离子体自发光。首先，研究了气氛环境对铀元素谱线的影响。结果显示：氦气气氛下铀质量分数为0.425%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比相比空气气氛下提高了1.37倍，同时，氦气气氛下铀质量分数为0.0726%的样本的U II 409.013 nm谱线的信噪比达到了8.9。其次，根据谱线信噪比、信背比和净强度将系统的探测延时优化至1000 ns。最后，提出了一种基于内标法原理的多元线性定标方法，通过引入基质元素与铀的谱线比值进行回归，使得铀的检测限达到142 mg/kg，定量限达到426 mg/kg。与基于谱线峰值的单变量回归方法相比，所提多元线性定标方法将铀元素的定标决定系数R2从0.9711提升到0.9984，均方根误差从0.200%减小到0.0404 %。本文方法和研究结果可为铀元素含量的测量提供技术支撑。
光谱学 激光诱导击穿光谱 铀矿 元素检测 多元定标法
红外与激光工程
2024, 53(2): 20230561
1 烟台大学物理与电子信息学院，山东 烟台 264005
2 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，湖北 武汉 430071
3 中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院光谱成像技术重点实验室，陕西 西安 710119
4 中国科学院国家空间科学中心，北京 100190
针对标准泡法在远距离SO2监测定标不准确的实际问题，开展定标误差校正方法研究。首先，基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论，提出消除光稀释效应影响的图像校正方法；然后，在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上，对反射效应及散射特性对定标结果的影响进行量化；最后，综合上述影响因素计算得到光稀释效应校正及散射特性修正的定标曲线，并比较误差校正的标准泡定标法与DOAS定标法在反演SO2柱密度图像以及SO2排放速率之间差异。结果表明，所提出的校正方法可将标准泡法与DOAS法的定标结果差异从59%降低至7%，验证了该误差校正方法的有效性和准确度。
大气光学 SO2紫外相机 标准泡法 定标曲线 光稀释效应 误差校正 排放速率
1 安徽大学物质科学与信息技术研究院，安徽 合肥 230601
2 中国科学院合肥物质科学研究院通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽 合肥 230031
定标自动化水平与像点提取精度是光学遥感卫星在轨几何定标效率及精度提升的关键因素。提出一种以轻小型、自动化的反射点源为地面控制点的高精度像点提取方法，匹配参数化模型拟合获取点源像点坐标，并利用有理函数模型进行精度验证。在轨实验结果初步表明，与模板匹配法等常规方法相比，反射点源法提取的像点坐标精度优于0.05 pixel，经有理函数模型验证，像点定位精度优于0.05 pixel。反射点源不仅能够实现高精度的像点提取，还能够实现光学遥感卫星在轨几何辐射综合定标，对提高我国遥感测绘精度和定标自动化水平有重要意义。
几何定标 像点提取 反射点源 精度验证 有理函数模型
风云三号B星（FY-3B）中分辨率光谱成像仪（MERSI）可见光星上定标（VOC）系统辐射性能随时间衰减变化，使其难以用于MERSI的在轨绝对辐射定标。本文提出一种确定VOC辐射性能衰减变化的新方法，该方法在探究太阳光定标时机与太阳天顶角和方位角依赖关系的基础上，分析MERSI相对辐射响应衰减变化的趋势；利用高质量的MODIS数据构建大气层顶双向反射分布函数模型，对MERSI约10年的在轨有效数据进行交叉定标处理，获取MERSI绝对辐射响应衰减变化趋势；将二者归一化后的差值作为VOC系统辐射性能的衰减变化值。结果表明：VOC系统辐射性能在发射初期衰减率较大，后期衰减趋势趋于平稳，且衰减率与波长相关；在发射初期，短波波长（<500 nm）处的最大年衰减率达到了49.51%，长波波长（800~1000 nm）处的衰减率相对较小，最大年衰减率均小于26%；在发射后期，除412 nm外（衰减率为1.91%），其余波长处年衰减率均小于0.64%。自仪器发射以来，基于本方法获得的VOC衰减数据与VOC监视数据之间的百分误差均小于15%。本文提出的VOC系统稳定性分析方法可为实现MERSI星上绝对辐射定标提供重要的参考。
辐射定标 星上定标系统 中分辨率光谱成像仪 反射太阳通道 光学学报
2024, 44(12): 1228005
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
风云三号E星（FY-3E）搭载的高光谱大气探测仪（HIRAS-II）能够实现大气的垂直探测，具有高光谱、高灵敏度、高精度的特点。仪器在轨之后由于仪器衰减和环境变化的原因产生非线性响应，影响在轨定标精度。针对非线性响应的问题，提出了一种基于带内光谱的非线性校正方法。首先基于带外低频光谱的非线性特征求解非线性校正系数，将此系数作为初值输入到辐射定标模型中，以星上测量的黑体带内光谱与理想光谱的偏差为目标函数，通过迭代优化非线性校正系数。通过辐射定标实验得出，校正后的黑体亮温偏差明显低于未校正和基于带外光谱的校正方法。将HIRAS-II的观测数据与IASI进行交叉比对并计算平均亮温偏差和偏差绝对值，经过带内校正法非线性校正后的亮温平均偏差为-0.13K，优于带外校正方法。
HIRAS-II 非线性校正 在轨定标 带内光谱 HIRAS-II nonlinearity correction on-orbit calibration in-band spectrum
