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大气与环境光学学报 2017年第4期12卷 283-291页

作者：刘岩李健军夏茂鹏高冬阳胡友勃郭园园郑小兵闫静中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室

针对我国空间科学的未来发展和应用需求,以及目前星上定标和在轨定标方法的局限性,提出一种基于自发参量下转换效应的自校准宽谱段(450~1500 nm)辐射基准源设计方案。该辐射基准源系统主要由宽波段参量下转换、观测与自校准复用光路、... 详细信息

针对我国空间科学的未来发展和应用需求,以及目前星上定标和在轨定标方法的局限性,提出一种基于自发参量下转换效应的自校准宽谱段(450~1500 nm)辐射基准源设计方案。该辐射基准源系统主要由宽波段参量下转换、观测与自校准复用光路、多路光子计数与符合探测、信号采集与测量控制等4个主要功能模块构成。辐射基准源兼有星上自校准和自主观测功能,能够在不依赖于外部基准的条件下实现高精度的自校准,保障对地高精度观测,为其他卫星有效载荷提供高精度的量值传递标准。

关键词：相关光子定标辐射基准源自校准

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基于光谱靶标的光学遥感器光谱响应特性在轨评估方法研究

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光谱学与光谱分析 2016年第3期36卷 811-816页

作者：李鑫张黎明陈洪耀徐伟伟中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

多光谱遥感技术在研究地表生物量、气候变迁和自然灾害预报等方面有重要应用,遥感器的光谱敏感度与遥感数据的定量化存在相关性。遥感器在轨运行期间,受空间辐射、温度剧变和化学分子污染或宇宙尘埃等因素的影响,光学系统光谱敏感度产... 详细信息

多光谱遥感技术在研究地表生物量、气候变迁和自然灾害预报等方面有重要应用,遥感器的光谱敏感度与遥感数据的定量化存在相关性。遥感器在轨运行期间,受空间辐射、温度剧变和化学分子污染或宇宙尘埃等因素的影响,光学系统光谱敏感度产生退化,导致测量值与真值出现偏差,影响影像产品的精度。在已有工作的基础上,提出了一种简化的基于人工光谱检测参照的光谱响应特性在轨评估方法,通过建立光谱响应函数的退化模型,结合光谱靶标反射率的测量结果与影像反演结果,实现遥感器光谱响应特性的在轨评估。经仿真实验与在轨实验验证,该方法可以有效实现对光谱响应函数波长漂移和带宽缩放变化的检测,并有利于提高遥感器长时间序列数据产品精度和多种遥感器数据产品的综合利用水平。

关键词：遥感光谱定标多光谱相机光谱响应函数光谱靶标

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太阳漫反射板衰减监测辐射计的设计及性能评估

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光学精密工程 2016年第4期24卷 732-739页

作者：黄文薪张黎明司孝龙徐伟伟邹鹏王戟翔朱雪梅中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

论述了太阳漫射板星上定标原理,研究了太阳漫射板衰减监测方法。针对星上太阳漫反射板双向反射分布函数(BRDF)的衰变,设计了以太阳为参照,通过与星上漫反射板反射辐射量比对测量实现监测功能的多波段星上漫反射板衰减监测辐射计(SDDM)... 详细信息

论述了太阳漫射板星上定标原理,研究了太阳漫射板衰减监测方法。针对星上太阳漫反射板双向反射分布函数(BRDF)的衰变,设计了以太阳为参照,通过与星上漫反射板反射辐射量比对测量实现监测功能的多波段星上漫反射板衰减监测辐射计(SDDM)。介绍了星上定标与漫射板监测的关系,设计了SDDM积分球两开口入光+挡板的光机结构,消除了入射光角度变化与探测器响应的相关性。根据光机结构设置的监测过程,给出了SDDM的监测物理模型,并对SDDM滤光片探测器动态范围设置及信噪比进行了验证和分析。在实验室模拟了太阳照射SDDM太阳观测端口的角度变化,对其透过率模型进行了多次重复测量,结合漫射板相对双向反射比因子(BRF)测量不确定度、卫星姿态及漫射板安装误差进行分析,得到SDDM测量的漫射板监测不确定度优于0.88%。

关键词：太阳漫反射板漫反射板衰减监测辐射计双向反射分布函数星上定标

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基于主成分分析的CO_2统计反演方法

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大气与环境光学学报 2017年第3期12卷 202-209页

作者：桑浩王先华叶函函蒋芸中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

二氧化碳(CO_2)卫星遥感中,大气环境因素是影响反演精度的重要原因,目前反演条件通常限制在气溶胶光学厚度小于0.3的情况。我国大气气溶胶高值情况较为普遍,对大气条件的较高要求将严重影响我国CO_2卫星遥感数据的应用能力。针对这种情... 详细信息

二氧化碳(CO_2)卫星遥感中,大气环境因素是影响反演精度的重要原因,目前反演条件通常限制在气溶胶光学厚度小于0.3的情况。我国大气气溶胶高值情况较为普遍,对大气条件的较高要求将严重影响我国CO_2卫星遥感数据的应用能力。针对这种情况,利用主成分分析法对中国京津地区高气溶胶光学厚度的大气CO_2进行反演,得到的CO_2柱浓度与2013年、2014年GOSAT-Level2产品进行对比分析,均方根误差分别为0.65%和0.46%,相关性分别为0.77和0.93。

关键词：光学遥感 CO2反演主成分分析统计反演温室气体

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激光高度计地面定标模拟系统设计

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大气与环境光学学报 2017年第4期12卷 313-320页

作者：朱大振张运杰李新韦玮邱刚刚郭晴晴赵文贤中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

星载激光高度计广泛地用于多种地形地貌的科研分析,例如冰层和植被覆盖变化.针对星载激光高度计数据的定量化应用,研究了激光高度计的定标方法,并设计了激光高度计地面定标模拟系统加以验证。该系统包含探测器阵列和高精度脉冲计时系统... 详细信息

星载激光高度计广泛地用于多种地形地貌的科研分析,例如冰层和植被覆盖变化.针对星载激光高度计数据的定量化应用,研究了激光高度计的定标方法,并设计了激光高度计地面定标模拟系统加以验证。该系统包含探测器阵列和高精度脉冲计时系统两部分,用于定标星载激光高度计的对地指向角和时间戳。对定标系统的性能进行实验测试和软件仿真,结果显示:探测器能够探测平均能量3 nJ/cm^2的光斑,探测范围为1~16 nJ/cm^2,计时系统计时精度为1.25 ns。

关键词：激光高度计地面定标足印定位高精度计时

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高分一号卫星多光谱遥感图像邻近效应校正研究

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光学学报 2016年第2期36卷 266-272页

作者：汤兴易维宁杜丽丽崔文煜中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230000

在遥感观测中,目标辐射信息中包含了背景辐射经过大气散射后进入传感器视场的部分,从而使地物边缘模糊,对比度降低,即邻近效应。要从遥感图像中准确获取目标信息,邻近效应校正是必不可少的环节。根据大气辐射传输模型,利用MODIS气溶胶... 详细信息

在遥感观测中,目标辐射信息中包含了背景辐射经过大气散射后进入传感器视场的部分,从而使地物边缘模糊,对比度降低,即邻近效应。要从遥感图像中准确获取目标信息,邻近效应校正是必不可少的环节。根据大气辐射传输模型,利用MODIS气溶胶产品并引入新的邻近效应校正系数对高分一号卫星多光谱遥感影像进行邻近效应校正。结果表明,经过校正的遥感影像对比度增强,清晰度增加,地物信息更丰富。

关键词：遥感大气光学邻近效应 MODIS气溶胶产品校正系数

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空间外差光谱仪成像光学系统设计

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红外与激光工程 2016年第8期45卷 221-226页

作者：罗海燕李双施海亮熊伟洪津中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031

为满足高光谱傅里叶变换光谱仪对高光谱分辨率、小畸变、像面光谱辐照度均匀、高信噪比以及仪器轻量化小型化的要求,设计了空间外差光谱仪成像光学系统。基于傅里叶变换的空间外差光谱仪空间干涉的特点和对成像系统缩放比、畸变等要求,... 详细信息

为满足高光谱傅里叶变换光谱仪对高光谱分辨率、小畸变、像面光谱辐照度均匀、高信噪比以及仪器轻量化小型化的要求,设计了空间外差光谱仪成像光学系统。基于傅里叶变换的空间外差光谱仪空间干涉的特点和对成像系统缩放比、畸变等要求,依据干涉图调制度分析了最恶劣面形改变条件下对干涉仪元件面形误差的要求,并采用前后镜组匹配实现了双远心成像系统的设计。设计结果表明:该光学结构可避免调焦产生的成像系统缩放比改变,有效视场内畸变量<0.1%,传递函数在38.5 lp/mm处物面所有点全视场范围≥0.60。依据仪器视场角对滤光片安装位置和精度提出要求,并对成像系统进行杂散光和照度均匀性分析提出有效抑制杂散光的措施和方法。系统设计满足了空间外差光谱仪对成像的要求,实现了照度均匀、低畸变、离焦情况下缩放比保持不变等。

关键词：光学设计空间外差光谱仪远心系统 MTF

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利用单通道预滤光片提高彩色相机显色能力的方法

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红外与激光工程 2016年第8期45卷 135-140页

作者：崔珊珊裘桢炜洪津孟炳寰杨伟锋中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征实验室安徽合肥230031

彩色相机广泛应用于印刷工业、形象艺术、医疗、环境等多个应用领域。在节约成本的前提下,为了保证相机显色效果维持特定范围,提出了利用单通道预滤光片同时对彩色相机总光谱响应曲线进行校正的方法。预滤光片模拟准确度取决于卢瑟条件... 详细信息

彩色相机广泛应用于印刷工业、形象艺术、医疗、环境等多个应用领域。在节约成本的前提下,为了保证相机显色效果维持特定范围,提出了利用单通道预滤光片同时对彩色相机总光谱响应曲线进行校正的方法。预滤光片模拟准确度取决于卢瑟条件的匹配程度,由于滤光片材质、膜层设计、制造工艺水平等的限制,完全符合卢瑟条件是不可能的,单通道预滤光片光谱匹配则会有更大的技术难度。从影响预滤光片模拟准确度的因素出发,采用连续可调谐均匀单色照明光源系统对彩色CCD进行高精度相对光谱响应测试,通过选取合适的评价函数模型,对预滤光片光谱透过率进行仿真拟合,得到最优光谱透过率曲线。以国际照明委员会(CIE)推荐的14种标准测试颜色为参考,采用CIE2000色差公式,对校正前后彩色相机进行理论色差计算。结果表明:增加预滤光片后,平均色差降低73%,相机显色效果得到显著提升。

关键词：视觉光学彩色相机预滤光片匹配色差

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多波段相关光子光谱分布与时间相关性测量实验研究

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光谱学与光谱分析 2016年第5期36卷 1300-1307页

作者：高冬阳李健军夏茂鹏郑小兵中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230031

基于相关光子的定标技术能够实现＂无标准传递＂绝对定标,研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求,基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更... 详细信息

基于相关光子的定标技术能够实现＂无标准传递＂绝对定标,研究相关光子的光谱辐射特性及时间相关特性对遥感器在宽波段的辐射定标具有重要意义。为满足光电探测器在宽谱段量子效率定标需求,基于相关光子的定标技术有必要从单一波段向更多波段扩展。根据自发参量下转换所满足的相位匹配条件,推导出相关光子在晶体内的非共线角计算公式,通过数值模拟相关光子光谱辐射角度分布规律,优化晶体相位匹配角,使得自发参量下转换产生的相关光子具有宽光谱分布,并且相关光子辐射角度与光谱波长能够一一对应。根据光谱分布数值模拟结果,建立了多波段相关光子的光谱分布和时间相关性测量实验系统,利用该系统测量了四对相关光子的光谱分布、符合计数、相关时间以及偏振特性。其中,测量的光谱分布范围为633~808nm,最大光谱分布测量偏差为1.51mm,光谱分布实验测量结果与数值模拟结果符合一致;测量了四对相关光子对的相关时间,最小相关时间为0.32ns,并在实验中观察到了＂符合三峰＂现象;相关光子单光子计数及符合计数与泵浦光的偏振方向呈正弦函数关系。实验研究表明,相关光子对具有可见光~近红外宽波段分布、时间相关及偏振特性。论文研究结果在国内外尚属首次报道,该研究结果有望应用于光电探测器在多波段的辐射定标。

关键词：相关光子多波段时间相关性偏振特性

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基于椭圆腔共振的石英增强光声光谱理论研究

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物理学报 2016年第19期65卷 30-40页

作者：赵彦东方勇华李扬裕吴军李大成崔方晓刘家祥王安静中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

石英增强光声光谱技术作为一种新型的光学检测技术,已被广泛应用于痕量气体检测场合.其中声波共振增强性能是决定检测灵敏度的重要因素.为提高光声光谱检测系统的信噪比和检测极限,提出一种新型的椭圆腔共振石英增强光声光谱检测方法,... 详细信息

石英增强光声光谱技术作为一种新型的光学检测技术,已被广泛应用于痕量气体检测场合.其中声波共振增强性能是决定检测灵敏度的重要因素.为提高光声光谱检测系统的信噪比和检测极限,提出一种新型的椭圆腔共振石英增强光声光谱检测方法,建立了其声学特征模型并利用有限元分析方法对光声腔内部声学特性进行仿真研究.研究结果表明,椭圆腔的特征模态在(2,1)模态下长轴两端声压达到最大值.通过对椭圆腔的尺寸和形状进行优化,建立实验装置,得到目标气体硫化氢检测极限为6.3 ppm(parts per million),相应的归一化噪声等效吸收系数为2.02×10^(-9)cm^(-1)W/Hz^(1/2).

关键词：石英增强光声光谱椭圆共振腔声场模态检测极限

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