專利名稱：一種用于遙感儀器光學系統(tǒng)光譜定標的自校準方法
技術領域：
本發(fā)明涉及遙感儀器光譜定標，具體是指由定標光學系統(tǒng)自身所帶來的誤差的校準方法。
背景技術：
在遙感儀器光譜定標時，需要使用單色儀的輸出光譜作遙感儀器的定標光譜源，由于單色儀的光譜是經(jīng)其狹縫輸出的，光束是發(fā)散的，為了將其耦合到被定標的遙感儀器中去，通常需要一個擴束準直的光學系統(tǒng)來耦合。比較理想的耦合光學系統(tǒng)是一個由兩個雙反射系統(tǒng)之間用平行光連接，構成一個四反射的耦合光學系統(tǒng)。見本發(fā)明人申請的專利“一種用于遙感儀器光譜定標的耦合四反射光學系統(tǒng)”，專利號200310108347.X。此時遙感儀器光譜定標的光路是由光源2發(fā)出的光經(jīng)過單色儀1分成單色光，單色儀1出射的光線經(jīng)過一個耦合光學系統(tǒng)3，光束經(jīng)耦合光學系統(tǒng)3擴束準直，進入遙感儀器光學系統(tǒng)4，光束可充滿遙感儀器4的入瞳，見圖1。這樣解決了由不同波長的光線在不同的折反射角情況下的效率是不同的問題，提高了定標精度。而此時遙感儀器輸出的是包括遙感儀器光學系統(tǒng)、耦合光學系統(tǒng)、單色儀、光源的相對光譜V(λ)＝Ve(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)，(1)其中Ve(λ)為遙感儀器光學系統(tǒng)的相對光譜；Vo(λ)為耦合光學系統(tǒng)的相對光譜；Vg(λ)為單色儀的相對光譜；VL(λ)為光源的相對光譜。
那么遙感儀器光學系統(tǒng)的相對光譜Ve(λ)＝V(λ)/(Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ))。(1′)從上式中可以知道，要得到遙感儀器的相對光譜Ve(λ)，必須扣除定標過程中所產(chǎn)生的如耦合光學系統(tǒng)Vo(λ)、單色儀Vg(λ)、光源VL(λ)的相對光譜。要測量耦合光學系統(tǒng)、單色儀、光源的相對光譜，必須要用標準探測器。如果直接放在耦合光學系統(tǒng)的出射端平行光束中，由于光束是經(jīng)過擴束的，標準探測器的光敏面不會太大，所以測得信號很弱，測量靈敏度不夠。如果再增加一面反射鏡對擴束的平行光束進行會聚，光能增加，信號是會變大，但是該反射鏡本身又帶來誤差，而且在測量遙感儀器相對光譜時，該反射鏡是不參于的，無法扣除該塊反射鏡的相對光譜。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述已有技術存在的問題，本發(fā)明的目的是提出一種遙感儀器光學系統(tǒng)光譜定標的自校準方法。
該校準方法是利用標準探測器，通過校準鏡，分別對單色儀、耦合光學系統(tǒng)及校準鏡作測量，經(jīng)過換算，求出耦合光學系統(tǒng)、單色儀、光源實際的相對光譜。最后得到遙感儀器光學系統(tǒng)的相對光譜，其具體測量步驟是(1)先用標準探測器5測量單色儀1與光源2的相對光譜，測量光路見圖2。光源2發(fā)出的光線經(jīng)過單色儀1分成單色光，校準鏡4將單色光線會聚到標準探測器5上，此時標準探測器的輸出為V1(λ)＝Vd(λ)×Vj(λ)×Vg(λ)×VL(λ)。(2)其中Vd(λ)為探測器的相對光譜；Vj(λ)為校準鏡的相對光譜。
(2)再用標準探測器5測量整個標定光學系統(tǒng)的相對光譜，測量光路見圖3，光源2發(fā)出的光線經(jīng)過單色儀1分成單色光，單色光射向耦合光學系統(tǒng)3的凹球面反射鏡302，經(jīng)其反射會聚至凸球面反射鏡301，由凸球面反射鏡301反射向凸拋物面次反射鏡304，再由凸拋物面次反射鏡304反射向凹拋物面主反射鏡303，形成一束擴束準直的平行光，校準鏡4將平行光會聚到標準探測器5上，此時標準探測器的輸出為V2(λ)＝Vd(λ)×Vj(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)。(3)(3)最后直接用標準探測器5在單色儀1的出射狹縫處測量單色儀與光源的相對光譜，此時標準探測器的輸出為
V3(λ)＝Vd(λ)×Vg(λ)×VL(λ)。(4)將(2)、(3)、(4)式經(jīng)過簡單的數(shù)學運算可得到校準鏡的相對光譜Vj(λ)＝V1(λ)/V3(λ)。 (5)標準探測器、耦合光學系統(tǒng)、單色儀及其光源的相對光譜V2(λ)/Vj(λ)＝Vd(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)。
(6)遙感儀器光學系統(tǒng)的相對光譜Ve(λ)＝(V(λ)×V1(λ)×Vd(λ))/(V2(λ)×V3(λ))。(7)式中Vd(λ)是標準探測器的相對光譜，是已知的。
本發(fā)明有如下有益效果1.本發(fā)明的自校準方法在理論上是嚴格精確的，沒有近似及誤差，對于高精度的光譜定標有實用價值。
2.本發(fā)明的光譜定標光學系統(tǒng)的自校準方法，是建立在特殊的耦合光學系統(tǒng)的基礎上，這種耦合光學系統(tǒng)充滿了被標定的遙感儀器光學系統(tǒng)的光學口徑，而且能夠精確成像，測量精度高。


圖1遙感儀器定標光學系統(tǒng)光路示意圖；圖2測量單色儀與光源的相對光譜光路示意圖；圖3測量耦合光學系統(tǒng)、單色儀與光源的相對光譜光路示意圖。
具體實施例方式
見圖1，光源1為雙燈250W鹵鎢燈、120W高壓汞燈，單色儀2為從美國進口的TR320光譜范圍0.3～15μm、相對孔徑1/F＝1∶4，標準探測器5為中國國家計量測試研究院的Si探測器(包括讀出顯示)，耦合光學3為四反射光學系統(tǒng)口徑210mm、焦距800mm、相對孔徑1/F＝1∶3.8、反射鏡為鍍鋁反射膜，校準鏡4為凹球面反射鏡口徑84mm、焦距143mm、相對孔徑1/F＝1∶1.7、鍍鋁反射膜。
所說的耦合光學系統(tǒng)從右到左按順序由凸球面反射鏡301、凹球面反射鏡302構成一個球面雙反射系統(tǒng)，凹拋物面主反射鏡303、凸拋物面次反射鏡304構成一個無焦雙反射系統(tǒng)，兩個雙反射系統(tǒng)用平行光連接，成為一個四反射光學系統(tǒng)，兩個雙反射系統(tǒng)之間無間距要求。
按上述技術方案中的三步測量步驟得到V1(λ)、V2(λ)和V3(λ)，經(jīng)過簡單的數(shù)學運算可得到校準鏡、耦合光學系統(tǒng)、單色儀和光源的相對光譜，最后得當遙感儀器相對光譜。
權利要求
1.一種用于遙感儀器光學系統(tǒng)光譜定標的自校準方法，其特征在于該方法的具體步驟如下(A)先用標準探測器(5)測量單色儀(1)與光源(2)的相對光譜，光源(2)發(fā)出的光線經(jīng)過單色儀(1)分成單色光，校準鏡(4)將單色光線會聚到標準探測器(3)上，此時標準探測器的輸出為V1(λ)＝Vd(λ)×Vj(λ)×Vg(λ)×VL(λ)， (2)其中Vd(λ)為探測器的相對光譜；Vj(λ)為校準鏡的相對光譜；(B)再用標準探測器(5)測量整個標定系統(tǒng)的相對光譜，光源(2)發(fā)出的光線經(jīng)過單色儀(1)分成單色光，單色光射向耦合光學系統(tǒng)(3)的凹球面反射鏡(302)，經(jīng)其反射會聚至凸球面反射鏡(301)，由凸球面反射鏡(301)反射向凸拋物面次反射鏡(304)，再由凸拋物面次反射鏡(304)反射向凹拋物面主反射鏡(303)，形成一束擴束準直的平行光，校準鏡(4)將平行光會聚到標準探測器(5)上，此時標準探測器的輸出為V2(λ)＝Vd(λ)×Vj(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)，(3)(C)最后直接用標準探測器(5)在單色儀(1)的出射狹縫處測量單色儀與光源的光譜，此時標準探測器的輸出為V3(λ)＝Vd(λ)×Vg(λ)×VL(λ)，(4)將(2)、(3)、(4)式經(jīng)過簡單的數(shù)學運算得到校準鏡的相對光譜Vj(λ)＝V1(λ)/V3(λ)， (5)標準探測器、耦合光學系統(tǒng)、單色儀及其光源的相對光譜V2(λ)/Vj(λ)＝Vd(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)， (6)遙感儀器的相對光譜Ve(λ)＝(V(λ)×V1(λ)×Vd(λ))/(V2(λ)×V3(λ))， (7)式中Vd(λ)是標準探測器的相對光譜，是已知的。
全文摘要
一種用于遙感儀器光譜定標的自校準方法，該方法是利用標準探測器，通過校準鏡，分別對單色儀與耦合光學系統(tǒng)及校準鏡的進行測量，經(jīng)過換算，求出定標耦合光學系統(tǒng)、單色儀、光源的實際相對光譜。本發(fā)明是建立在特殊的耦合光學系統(tǒng)的基礎上，這種耦合光學系統(tǒng)能夠充滿被標定遙感儀器的光學口徑，而且能夠精確成像，測量精度高。本發(fā)明的最大優(yōu)點是在理論上是嚴格精確的，沒有近似及誤差，對于高精度的光譜定標有實用價值。
文檔編號G01J3/28GK1546957SQ200310109248
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權日2003年12月11日
發(fā)明者胥學榮 申請人:中國科學院上海技術物理研究所