本文關(guān)鍵詞：雙波段短波紅外InGaAs線列探測(cè)器成像技術(shù)研究

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【摘要】：在水色遙感應(yīng)用中,通過大氣校正獲得精確的離水輻射非常重要。對(duì)于開闊大洋清潔的一類水體來說,已形成NASA的SeaWiFS/MODIS和ESA的MERIS兩類較成熟的業(yè)務(wù)化標(biāo)準(zhǔn)大氣校正算法。而近海渾濁的二類水體,雖然只占海洋總面積的一小部分,卻是受人類活動(dòng)影響最強(qiáng)烈,與人類關(guān)系最密切的海域。然而,二類水體組分復(fù)雜,由于水體的散射,造成傳統(tǒng)針對(duì)一類水體大氣校正的近紅外波段的離水輻射非零;此外,由于人類活動(dòng)、礦物塵埃和戈壁沙塵導(dǎo)致出現(xiàn)吸收性氣溶膠。這樣,基于“暗像元”和“弱吸收氣溶膠”兩種假設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)大氣校正算法不適用于近海二類水體。我國海區(qū)除了南海大部分海域和東海南部海域以外,大部分屬于二類水體。特別是在近岸,濁度之高在世界上也是少見的。由于缺乏二類水體大氣校正手段,這些區(qū)域多年來幾乎全年沒有可用的水色產(chǎn)品數(shù)據(jù)。而在短波紅外波段,水體較近紅外波段有著更強(qiáng)烈的吸收,即使渾濁的水體,其離水輻射也接近于零;此外,通過增加短波紅外波段,利用氣溶膠光譜信息的差異還可實(shí)現(xiàn)對(duì)吸收和非吸收性氣溶膠的區(qū)分。因此,近年來人們探索利用短波紅外雙波段對(duì)二類水體進(jìn)行大氣校正。為提高我國海洋水色遙感應(yīng)用水平,在面向海洋水色探測(cè)的寬波段成像儀上專門設(shè)置了短波紅外雙波段探測(cè)通道用于二類水體大氣校正。為滿足海洋水色遙感寬視場(chǎng)、高靈敏度的應(yīng)用需求,寬波段成像儀短波紅外成像系統(tǒng)采用雙模塊視場(chǎng)拼接推掃成像方式。選用中科院上海技物所自研的800×2短波紅外標(biāo)準(zhǔn)波段(0.9~1.7μm)InGaAs線列探測(cè)器,通過干涉型窄帶濾光片分光和像方遠(yuǎn)心光路實(shí)現(xiàn)1.232~1.252μm和1.630~1.654μm兩個(gè)波段的探測(cè)。本文以寬波段成像儀短波紅外成像系統(tǒng)的研制為背景,主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和研究工作包括:1、在水色遙感儀器上配置雙波段短波紅外探測(cè)通道用于二類水體大氣校正在國內(nèi)尚屬首次。對(duì)國產(chǎn)雙波段短波紅外長線列InGaAs探測(cè)器用于二類水體大氣校正的工程實(shí)施進(jìn)行了探索研究;2、采用集成化設(shè)計(jì)思路,對(duì)短波紅外成像系統(tǒng)2個(gè)子模塊探測(cè)器的時(shí)序驅(qū)動(dòng)、信息獲取統(tǒng)一處理,并應(yīng)用到整個(gè)寬波段成像儀,實(shí)現(xiàn)了一塊信息處理電路,單片大容量FPGA對(duì)可見光、短波紅外和熱紅外3個(gè)成像系統(tǒng)7片探測(cè)器的時(shí)序驅(qū)動(dòng)與信息處理,大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì);3、圍繞短波紅外通道的高靈敏度和寬動(dòng)態(tài)范圍的性能要求進(jìn)行電子學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為探測(cè)器提供穩(wěn)定的工作溫度和低噪聲偏置電源、采用低噪聲放大電路以提高系統(tǒng)靈敏度;通過在軌注入積分時(shí)間、累加次數(shù)、轉(zhuǎn)換增益等參數(shù),以適應(yīng)對(duì)地觀測(cè)和星上定標(biāo)不同動(dòng)態(tài)范圍要求;4、在試驗(yàn)中參與發(fā)現(xiàn)、分析定位“鬼像”、“拖影”、“焦面不一致”等影響整機(jī)成像質(zhì)量的難題,對(duì)短波紅外探測(cè)器的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了依據(jù),推進(jìn)了探測(cè)器性能的不斷提高,從而提高了整機(jī)成像質(zhì)量;5、搭建測(cè)試平臺(tái),完成各項(xiàng)系統(tǒng)指標(biāo)的測(cè)試和外場(chǎng)成像試驗(yàn),結(jié)果表明雙波段短波紅外推掃成像系統(tǒng)MTF、靈敏度、光譜響應(yīng)曲線和動(dòng)態(tài)范圍等性能滿足指標(biāo)要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN215

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