第七章 光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标中心波长偏移研究.pdf

第33卷，第8期 光谱学与光谱分析 2O1 and 3年8月 SpectralAnalysis August，2013 Spectroscopy 光栅色散型成像光谱仪室内外光谱定标中心波长偏移研究 王明志，晏 磊，杨 彬，勾志阳 北京大学地球与空间科学学院，遥感与地理信息系统研究所，北京100871 摘要成像光谱仪使用前需要对其进行光谱定标以确定其各光谱通道的中心波长和光谱带宽。但是室内 外光谱定标实验结果表明随着使用环境的变化成像光谱仪各通道的中心波长和带宽将发生变化。对光栅色 散型成像光谱仪各光谱通道的中心波长室内外定标结果的偏移进行研究，从光栅色散型成像光谱仪的光学 结构和工作环境参数出发对造成其中心波长偏移的因素进行分析和建模，对震动、机械形变和浓度等主要 影响因素进行理论推导和数量级估算，结合实验结果进行对比分析。理论推导和实验数据分析都表明光栅 色散型成像光谱仪室内外光谱定标获得的各通道中心波长的偏移量与各通道的本征波长成二次函数的关 系，其中震动和机械形变所带来的系统光路结构的细微改变是造成其中心波长偏移的主要因素，使用环境 温度的差异也对该成像光谱仪各光谱通道的中心波长具有一定的影响。 关键词光栅色散；光谱定标；中心波长偏移 中图分类号：TP|701文献标识码：A 较大的差异，因此，对不同工作状态下的成像光谱仪每个光 引 言 谱通道进行中心波长定标尤为重要。 在精度要求不高的场合通常使用实验室环境下的光谱定 成像光谱仪能同时获取地物的图像和光谱，是高光谱遥 标结果作为成像光谱仪的光谱参数。然而，由于航空和航天 感数据采集的主要仪器。1983年美国喷气推进实验室(JPL) 遥感中成像光谱仪的实际工作环境与实验室的测试环境存在 成功研制出第一台航空成像光谱仪(AIsl)，并将其应用于 较大的差别，为了获取成像光谱仪工作状态下的光谱参数， 遥感领域。随后，包括中国在内的许多国家都研制了一系列 还需对其进行工作状态下的光谱定标，即外场环境下的光谱 成像光谱仪。成像光谱仪根据其成像方式的不同可以分为以 定标。国内外很多学者都对此进行了大量的研究工作，建立 线阵探测器为基础的光机扫描式、以面阵探测器为基础的固 了较为完善的理论和方法。Barry[1]等利用大气吸收线与参 态推扫式、以面阵探测器加光机的并扫式成像光谱仪；按照 考数据进行比较分析进而得到每个光谱通道所对应的中心波 分光原理的不同又可以分为棱镜色散型、光栅色散型和傅里 叶干涉型成像光谱仪。由于光栅色散能够实现较高的光谱分 果进行了验证。stm、^，[23等对EOS Aqua卫星上搭载的at— infrared 辨率，而且其色散的线性度好，因此目前国际上比较成熟的 mospheric 航空和航天飞行器上搭载的成像光谱仪绝大部分是光栅色散 型成像光谱仪。 对成像光谱仪进行精确的光谱定标是遥感定量反演地表 Aqua卫星上搭载的MODIS传感器的定标结果进行了评价。 参数的前提和基础。物理本质上，成像光谱仪每个成像单元 Guante一副等提出成像光谱仪光学系统可能存在的光谱弯曲 所获得的能量是该成像单元的光谱响应函数与入射能量的光 和旋转，研究了利用大气吸收特征进行成像光谱仪光谱通道 谱分布函数的卷积。因此，通过