星上比辐射定标器及性能评估方法研究

摘要

高精度的星上定标是实现遥感数据定量化的重要途径之一。以太阳照明反射特性已知的聚四氟乙烯漫射板作为光源，采用比值辐射计进行漫反射板响应率衰减的监测和修正，实现对遥感器全光路、全视场、全口径的高精度绝对辐射定标，是当前可见短波红外波段星上定标技术的主要发展趋势。星上比辐射定标器性能评估准确与否直接影响其在轨应用性能。在此背景下，本论文开展了星上比辐射定标器及其性能评估方法研究。
　　论文介绍了星上比辐射定标器工作原理，详细阐述了各关键环节设计方案。根据定标器原理和物理模型，分析得出星上定标不确定度主要来源为漫射板BRDF实时量值的不确定度，其关键在于比值辐射计对漫射板在轨衰减的修正精度。对星上比辐射定标器性能参数测试需求进行了分析，识别出太阳观测几何因子波段比、辐射比、动态范围和信噪比等比值辐射计的关键表征参数。建立了定标器测试方案和流程，并在实验室内完成了比值辐射计、漫反射板以及星上比辐射定标器整机级的性能参数测试。以卤钨灯作为测试光源，获取了比值辐射计太阳观测几何因子波段比查找表，不确定度优于0.18％;通过灯-板模拟系统完成了辐射比验证，预估在轨辐射比测量不确定度优于0.4％;使用已标定的大口径、多能级积分球光源对比值辐射计的动态范围、信噪比和稳定性进行了测试。结合漫射板和定标器整机测试结果，比值辐射计对漫反射板稳定性监视不确定度优于1.3％，漫射板BRDF实时量值不确定度优于1.76％，星上比辐射定标器的绝对辐射定标总不确定度优于3％。
　　本论文系统性地对星上比辐射定标器性能评估方法进行了研究，提出了定标器测试方法以及测试流程，通过对星上比辐射定标器部件级以及整机级参数的测试，获取了定标器各项定标参数，完成星上定标不确定度的评估，验证了星上定标器设计以及性能评估方法的合理性，可以为定标器在轨应用以及定标精度预评估提供有效数据支撑。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 定量化遥感与辐射定标

1．1．2 辐射定标影响因素

1．1．3 辐射定标方法概述

1．2 星上定标技术国内外研究现状

1．2．1 国外星上定标技术研究现状

1．2．2 国内星上定标研究现状

1．3 论文研究意义和主要内容

1．3．1 论文研究意义

1．3．2 论文主要内容

1．4 本章小结

第二章 星上比辐射定标器原理

2．1 比值辐射计工作原理

2．2 空间辐射标准建立

2．3 漫射板衰减特性

2．4 漫射板衰减的修正

2．4．1 发射前衰减修正

2．4．2 在轨衰减修正

2．5 本章小结

第三章 星上比辐射定标器方案

3．1 星上定标时刻

3．2 太阳辐射基准的引入

3．2．1 漫射板的位置

3．2．2 漫射板的设计

3．3 比值辐射计的光路切换及实现

3．3．1 被动式光路切换

3．3．2 主动式光路切换

3．3．3 航天用大行程电磁光开关的设计

3．4 比值辐射计的工程实现

3．4．1 比值辐射计观测角度的设计

3．4．2 能量匹配方案设计

3．4．3 杂散光抑制方案设计

3．4．4 信噪比增强方案设计

3．4．5 光辐射信息获取方案设计

3．4 空间环境适应性设计

3．4．1 空间辐照环境适应性设计

3．4．2 力学环境适应性设计

3．4．3 真空热环境适应性设计

3．5 本章小结

第四章 星上比辐射定标器性能评估

4．1 星上定标不确定度来源

4．2 星上比辐射定标器性能参数测试需求

4．3 比值辐射计性能参数测试

4．3．1 太阳观测几何因子波段比测试

4．3．2 辐射比测试

4．3．3 动态范围验证与信噪比、非稳定性测试

4．3．4 光谱范围测试

4．4 漫射板性能参数测试

4．4．1 漫反射板BRDF测试

4．4．2 漫反射板非均匀性测试

4．4．3 跟踪片方向半球反射率测试

4．5 定标舱杂散光测试

4．6 空间环境适应性评估

4．6．1 空间辐照试验

4．6．2 力学试验

4．6．3 热真空试验

4．7 星上比辐射定标器不确定度评估

4．7．1 比辐射计监视不确定度

4．7．2 漫射板BRDF实时量值不确定度

4．7．3 星上定标不确定度

4．8 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 论文工作的创新点

5．3 未来工作展望

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