自校准光谱辐射计信号采集及系统控制设计

摘要

针对传统辐射定标精度已不能满足定量应用和气候变化研究的迫切需求，课题组计划研制一种基于自发参量下转换，具有自校准和辐射观测两种工作模式的光谱辐射计。本文主要解决该辐射计自动化定标及采集软件精度验证方面的问题。
　　根据测量需求设计了自校准辐射计数据采集系统控制方案，基于LabVIEW语言编写了自校准辐射计数据采集系统控制软件。自校准模式能够自动定标多个通道探测效率，观测模式能够同时获得多个通道μs间隔的光子计数。自校准模式时，利用355nm激光泵浦BBO晶体，使用编写的自校准模式软件定标了APD在736nm波长点的量子效率为67.3％，测量的不确定度优于0.71％，和APD出厂数据的相对偏差为1％;观测模式时，使用编写的软件采集0.1s时间内APD输出计数值，并和994计数器输出值比较，平均相对偏差为0.22％，可以证明编写的控制软件能够满足系统的功能要求。
　　设计了辐射计自校准原理有效性验证实验方案，基于LabVIEW语言编写了对应的控制软件。通过向光路中插入不同倍率的衰减片来模拟系统的衰变，选择积分球出射的单色均匀光作为观测光源，利用编写的控制软件测量不同衰减对应的入瞳相对光谱辐亮度，相对偏差为2.39％，证明设计的自校准辐射计反演的光谱辐亮度不随系统的衰变而发生变化，系统具有自校准功能。
　　研制的自校准光谱辐射计的最终目标是作为可见～近红外波段空间光学遥感器的辐射基准，对其它光学遥感器进行定标。因此论文最后分析了当前数据采集系统的精度限制和体积限制，提出了一种基于时间数字转换(TDC)的高精度和小型化的数据采集系统设计方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 星上定标的意义

1．2 星上定标的方法

1．2．1 基于标准辐射源的定标方法

1．2．2 基于标准探测器的定标方法

1．2．3 基于自发参量下转换的定标方法

1．3 基于自发参量下转换定标方法的发展历程

1．4 论文的选题背景及主要内容

1．4．1 论文的选题背景

1．4．2 论文的主要研究内容

第2章 自校准光谱辐射计定标原理

1．1 自校准光谱辐射计系统组成

2．1 自校准光谱辐射计基本工作模式

2．1．1 自校准模式工作原理

2．1．2 目标观测模式工作原理

2．2 自校准原理有效性验证理论

第3章 信号采集与系统控制方案的研究

3．1 自校准辐射计数据采集系统设计方案

3．1．1 系统的总体设计方案

3．1．2 系统的主要模块及其功能

3．2 自校准辐射计原理有效性验证系统设计方案

3．2．1 有效性验证实验方案

3．2．2 验证系统的控制设计方案

3．3 数据采集系统的硬件和软件基础

3．3．1 硬件基础

3．3．2 软件基础

第4章 信号采集与系统控制的软件设计

4．1 自校准辐射计数据采集系统软件设计

4．1．1 自校准模式软件设计

4．1．2 目标观测模式软件设计

4．1．3 转动部件控制软件设计

4．1．4 自校准辐射计整体控制软件设计

4．2 自校准辐射计原理有效性验证系统控制软件设计

第5章 实验测量与结果分析

5．1 采集信号的分析

5．2 自校准辐射计控制软件实验测试

5．2．1 单光子探测器量子效率定标分析

5．2．2 观测模式实验数据分析比对

5．3 原理有效性验证实验测试

第6章 工作总结及下一步计划

6．1 研究工作总结

6．2 下一步工作计划

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果