基于低温绝对辐射计的辐射标准传递及其遥感应用研究.pdf

基于低温绝对辐射计的 辐射标准传递及其遥感应用* 乔延利 吴浩宇荀毓龙王光远 (中国科学院安妞光学精密机城研究所 合肥230031) 摘要:荃于低温绝对辐射计的遥感辐射定标源及其应用系统是我国!大卫星应用项目 《中国遥感卫星辐射 校正场》辐射定标及校正重点实验室的主要研究内容.低握绝对辐射计由于其极高精确度的辐射功率计侧能 力，而将逐步成为计A部门的辐射墓准，由此带来如遥感辐射定标、校正等应用系统的重新溯浑和精度的提 高等问题，以二极管陷阱探测器的标准传递系统及过程是目前所积极采用的方式之一 关键词:低温绝对辐射计、遥感辐射定标、标准传递 一、引言 基于光辐射探测机理的遥感技术的定量化数据的获取离不开辐射定标和标准传递这一溯 源过程，如常用的方式有应用前后的辐射定标、应用中的内里定标或类似的标准参照。目前 我国遥感辐射定标中的标准溯源仍是基于黑体炉辐射基准的标准传递，如由国家计t院传递 的1000W石英澳钨灯。由于黑体炉基准本身及其标准传递设备和过程等的物理和技术原因所 致，该类辐射标准的总体不确定度仍限定在1一s%之间。 绝对辐射计是一种辐射测全仪器，目前常用的有两种形式:一是量电转换型，如自校准 硅光二极管系统，它采用了特殊的结构和表面处理技术，可使探测系统墓本达到了100%的 量子效率。人们曾一度将其做为标准来应用，但其绝对计t的稳定性等仍是需要研究解决的 主要问题之一;二是电替代型，该类绝对辐射计基于普朗克辐射定律，即采用无选择吸收的 黑体探侧器 或〔结构)接收光辐射的温升与由电加热的温度平衡来确定辐射量值，理论上可 达到电量计测的精度。 电替代型绝对辐射计要达到高精度必须解决背景辐射和热、电传导等影响问题。近年来， 美、英等国发展的低温绝对娜射计(CryogenicRadiometer，采用了液氮制冷和超导连 接等技术，可以说从根本上解决了背景及热、电传导等影响精度的关键技术问题。低温绝对 辐射计就激光辐射的测t已达到万分之一的绝对精度.目前.就单色光的直接计测仍是一个 有待进一步研究的课题，这之中需要解决诸如普通辐射源的功率、稳定性、分光、准直，特 别是从辐射源到辐射计入口处光学传递的精确数值，但间接或比对测量是目前从精度极高的 低温绝对辐射计传递到应用系统如遥感辐射定标点、面源的有效途径之一，这之中高精度(稳 定)的比对探测系统如硅光二极管陷阱是一种较理想的选择。 二、低温绝对辐射计及其工作原理 2·1CRI低温绝对辐射计简介 1996年中科院安徽光机所从美国CRI公司引进了CryoRad”型低温绝对辐射计，该仪 器不仅可用于掀光的计测和定标，也可扩展到其它单色光的定标 (主要取决于探测腔体的位 置设计)。CryoRadII型低温绝对辐射计由真空系统、低温系统、探测及伺服控制系统组成， 真空系统是低温杜瓦绝热所需，它包括前级机械泵和涡轮分子泵两部分，可程控运行，真空 度达 10-lTorr.低温系统有两层杜瓦构成，外层为液氮，内层为液氮。辐射探侧腔体工作温 *本研究由 《中国遥感卫星辐射校正场》项目资助 度4.2K,腔体周围屏蔽小于IOKo探测器是一内部涂黑的锥形铜腔，热沉固定在液氮池底部. 腔体外表面有加热器和温度计，所有连线均为NbNi超导线.伺服控制系统是一高精度电子 学系统，包括交流桥、加热电路、数据采集A/D及控制和处理电路，其中A/D为16位，动 态范围达107。CryoRadII型低温绝对辐射计主要性能参数如表}。 表}CryoRod11型低温绝对辐射计主要参教 2·2低温绝对辐射计工作原理 光谱范围 0.25-50um 低温绝对辐射计工作原理参见图!，辐射流F(功 入射孔径 6mm 率)入射到无选择吸收的黑表面。，从而加热了基底匕 响应时间 (1/e) 4.6s 并产生一定温升，该温升由热沉C和d的热导、热容