1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
在轨辐射定标是极轨气象卫星光谱成像仪定标的重要组成部分，是实现高定量化遥感的重要技术手段。星上定标器以太阳作为长期稳定的参考光源，以定标器漫透射板作为基准传递媒介，漫透射板的标定精度直接决定了星上定标精度。根据风云三号E星轨道特点和光谱成像仪工作模式，星上定标器采用了漫透射板这一特殊形式。针对星上定标器的高精度性能测试技术开展研究，提出了一种基于标准光谱仪的外场漫透射板标定方法，以解决漫透射板双向透射分布函数（BTDF）所需的大口径、高亮度均匀测试光源以及高精度自动控制覆盖测试角度矩阵等标定难题。所提方法以外场太阳作为参考光源，标准光谱仪作溯源传递，秒级高精度自动跟踪转台作角度变换，获得漫透射板的BTDF。结果表明，该方法能获得准确的漫透射板BTDF，标定精度优于2.5%，满足星上定标器的在轨定标精度要求。仪器在轨测试阶段的星上定标系数与同类载荷交叉定标的偏差优于2%。
漫透射板 BTDF 外场定标 定标精度 极轨气象卫星 光学学报
2023, 43(24): 2412002
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
针对全球能量循环及水文循环研究需求，提出了一种适用于可见至太赫兹超宽谱段多通道云探测光谱成像仪的光学系统设计方案。系统以推扫方式成像，获取可见至太赫兹谱段内共10个通道的光谱信息。对应450 km轨道的刈幅为100 km，可见、红外、太赫兹星下点分辨率分别为75 m、100 m、10 km。光学系统采用离轴折反混合结构。太赫兹部分口径为150 mm，F数为3；可见、红外口径分别为42 mm和68 mm，F数均为2。通过视场分光实现太赫兹与其他通道的波段分离。在可见、红外后光路单独设置孔径光阑以解决其与太赫兹孔径相差较大带来的问题。设计结果表明：各像面点列图均方根直径小于像元大小，调制传递函数在奈斯奎特空间频率下均接近衍射极限，成像质量良好。经容差分析可得，光学系统可满足原理样机验证成像需求。
测量 光谱成像 云探测 太赫兹 红外
中国科学院大学 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
工业排放增多导致水体环境恶化, 海洋生物濒危。传统的水体监测技术已无法满足实时、快速、准确的应用需求, 为对水体环境实行更有效的监测, 各研究单位开始利用遥感技术获取水体信息。针对水体监测的技术要求, 设计了一种焦距为84.5mm, 口径20mm, 视场36°×6°的离轴三反式光学系统, 可以满足空间遥感宽光谱覆盖的要求。系统主镜、三镜采用六次非球面, 次镜采用二次曲面。经公差分析后, 具备实际可加工性, 在奈奎斯特频率处(71lp/mm)处各视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.6, 接近衍射极限, 成像质量良好。该光学系统有望对监测水体污染具有一定参考意义。文章以主镜为例设计Offner补偿器生成非球面波对非球面镜进行零位补偿检测。
离轴三反 Offner补偿 空间遥感技术 光学系统设计 off-axis three mirrors Offner compensator space remote sensing technology optical system design
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
反射率传递光谱仪可通过短时间内测得的太阳光谱辐照度和地面目标光谱辐亮度，计算准确的地面目标光谱反射率，实现长期稳定的在轨辐射基准传递。采用孔阑对太阳光进行大量级衰减，实现对太阳圆盘的直接观测，孔阑衰减系数的准确度直接决定反射率的测量精度和传递精度。基于激光对探测器响应非线性度的校准原理，提出一种宽动态标准光源结合后端光谱仪进行比对测量的方法，实现对前端孔阑衰减系数的高精度定标。定标结果显示，孔阑的衰减系数在空间维和光谱维均有明显的非均匀性。利用该特性对外场的反射率测量实验结果进行了修正，目标漫反射板的光谱反射率相对差异由修正前的20%降低到2%以内，证明了孔阑衰减因子实验室定标的有效性，为后续反射率传递光谱仪的高精度交叉定标提供了技术基础。
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0112002
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 中国气象局国家卫星气象中心, 北京 100081
3 中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室, 北京 100081
4 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
信号串扰会对焦平面通道的观测图像产生显著的条纹影响。基于地、月观测数据,对FY-3D核心载荷中分辨率成像光谱仪(MERSI-II)所有通道的串扰效应进行在轨检测并开展了初步的订正实验。检测发现,MERSI-II部分焦平面存在显著的通道信号串扰现象,其中短波红外焦平面通道5,6以及中长波红外焦平面通道20,21,22,23最为显著,分别表现为探元间串扰、通道间串扰两种特征。基于月球点光源成像特性,采用线性近似订正算法计算了串扰系数,并以通道20为例对订正算法进行了初步验证。结果表明,串扰订正可有效移除月球图像的串扰信号并能够显著改善地球观测图像的条纹现象,说明算法具有很好的适用性。
成像系统 MERSI-II 中分辨率光谱成像 月球图像 信号串扰 串扰订正 光学学报
2020, 40(10): 1011001
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
针对地球环境遥感的大视场和宽 光谱的应用需求，在同轴三反光学系统的基础上，通过 视场离轴实现了无中心遮拦，并设计了一种焦 距为120 mm、F数为3.5、工作波长为0.4 ～ 1.65 m、像元尺 寸为7.5 m以及采用Cook三片式结构的光学系统。在没有使用自由曲 面的情况下，实现了30°×4°的大视场。其中，主镜为六 次双曲面，次镜为二次扁椭圆面，三镜为四次扁椭圆 面。在全视场范围内，该系统在奈奎斯特频率处的调制传递 函数(Modulation Transfer Function, MTF)大于0.6，接 近衍射极限。其弥散斑直径的均方根值小于探测器的像元尺 寸，畸变小于2.5%，说明本文系统具有优良的成像性能。
光学设计 大视场 离轴三反光学系统 optical design wide field off-axis three-mirror system
1 中国科学院 a. 上海技术物理研究所
2 b. 红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
为了测量大气层中分布在近红外波段(1 591～1 621 nm)的CO2 吸收光谱，设计了一种高分辨力光谱探测仪，并开展了相关原理样机的研制。对国外载荷进行分析，系统选用了平面反射光栅分光的结构形式。光谱仪由前置望远物镜及成像光谱仪组成，望远镜采用匹兹伐结构，以满足系统大相对口径、小瞬时视场的特点。通过ZEMAX进行仿真和优化设计，系统实现了0.1 nm 的高光谱分辨力，在20 lp/mm 处MTF 大于0.65。这种方案工程实现性好，设计方法与结果合理可行。
光谱成像 高光谱分辨力 平面反射光栅 近红外 spectral imaging high spectral resolution planar reflection grating near infrared band
1 中国科学院 上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院 红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国气象局国家卫星气象中心, 北京 100081
对风云三号(FY-3)中分辨率光谱成像仪(MERSI)的黑体进行了在轨太阳污染模拟,以掌握在轨太阳污染对面源黑体的影响,同时研究了抑制太阳污染的措施.模拟了FY-3卫星轨道及全轨道周期内太阳光的入射角,使用Tracepro软件建立了太阳污染模拟的模型,利用太阳光入射与MERSI的相对位置对太阳污染进行仿真,分析了污染随光谱成像仪扫描镜旋转和卫星飞行位置的变化.最后,根据分析结果设计了太阳污染抑制措施,并对抑制效果进行了仿真验证.结果表明:在扫描镜附近区域设置遮光板,有效地抑制了太阳光的污染,使辐射量级小于0.1 W,整个太阳污染功率下降了97%以上,对黑体有良好的保护效果.另外,提出的方法提高了面源黑体温度的均匀性和稳定性,保证了红外通道星上定标精度.
风云-3/中分辨率光谱成像仪(FY-3/MERSI) 面源黑体 太阳污染 Tracepro仿真 污染抑制 FY-3/Medium Resolution Spectral Imager (FY-3/MERSI surface source blackbody solar pollution Tracepro simulation pollution suppression
介绍了宽视场长波红外(LWIR)光学系统技术指标.离轴三反射镜消像散(TMA)型光学系统光谱覆盖范围宽,可提供一个空间分辨率高、观测范围大的无遮挡视场,能够在F数相对较小的光学系统中实现接近衍射极限的光学性能.TMA型光学系统能满足推扫式LWIR扫描仪所要求光学系统大观测视场、高光学效率等指标,可作为预先研究星载遥感仪的光学结构.
推扫 LWIR遥感仪器 TMA型光学系统 push-broom LWIR remote sensor three-mirror anastig
