专利名称：一种用于遥感仪器光学系统光谱定标的自校准方法
技术领域：
本发明涉及遥感仪器光谱定标，具体是指由定标光学系统自身所带来的误差的校准方法。
背景技术：
在遥感仪器光谱定标时，需要使用单色仪的输出光谱作遥感仪器的定标光谱源，由于单色仪的光谱是经其狭缝输出的，光束是发散的，为了将其耦合到被定标的遥感仪器中去，通常需要一个扩束准直的光学系统来耦合。比较理想的耦合光学系统是一个由两个双反射系统之间用平行光连接，构成一个四反射的耦合光学系统。见本发明人申请的专利“一种用于遥感仪器光谱定标的耦合四反射光学系统”，专利号200310108347.X。此时遥感仪器光谱定标的光路是由光源2发出的光经过单色仪1分成单色光，单色仪1出射的光线经过一个耦合光学系统3，光束经耦合光学系统3扩束准直，进入遥感仪器光学系统4，光束可充满遥感仪器4的入瞳，见图1。这样解决了由不同波长的光线在不同的折反射角情况下的效率是不同的问题，提高了定标精度。而此时遥感仪器输出的是包括遥感仪器光学系统、耦合光学系统、单色仪、光源的相对光谱V(λ)＝Ve(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)，(1)其中Ve(λ)为遥感仪器光学系统的相对光谱；Vo(λ)为耦合光学系统的相对光谱；Vg(λ)为单色仪的相对光谱；VL(λ)为光源的相对光谱。
那么遥感仪器光学系统的相对光谱Ve(λ)＝V(λ)/(Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ))。(1′)从上式中可以知道，要得到遥感仪器的相对光谱Ve(λ)，必须扣除定标过程中所产生的如耦合光学系统Vo(λ)、单色仪Vg(λ)、光源VL(λ)的相对光谱。要测量耦合光学系统、单色仪、光源的相对光谱，必须要用标准探测器。如果直接放在耦合光学系统的出射端平行光束中，由于光束是经过扩束的，标准探测器的光敏面不会太大，所以测得信号很弱，测量灵敏度不够。如果再增加一面反射镜对扩束的平行光束进行会聚，光能增加，信号是会变大，但是该反射镜本身又带来误差，而且在测量遥感仪器相对光谱时，该反射镜是不参于的，无法扣除该块反射镜的相对光谱。

发明内容
基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是提出一种遥感仪器光学系统光谱定标的自校准方法。
该校准方法是利用标准探测器，通过校准镜，分别对单色仪、耦合光学系统及校准镜作测量，经过换算，求出耦合光学系统、单色仪、光源实际的相对光谱。最后得到遥感仪器光学系统的相对光谱，其具体测量步骤是(1)先用标准探测器5测量单色仪1与光源2的相对光谱，测量光路见图2。光源2发出的光线经过单色仪1分成单色光，校准镜4将单色光线会聚到标准探测器5上，此时标准探测器的输出为V1(λ)＝Vd(λ)×Vj(λ)×Vg(λ)×VL(λ)。(2)其中Vd(λ)为探测器的相对光谱；Vj(λ)为校准镜的相对光谱。
(2)再用标准探测器5测量整个标定光学系统的相对光谱，测量光路见图3，光源2发出的光线经过单色仪1分成单色光，单色光射向耦合光学系统3的凹球面反射镜302，经其反射会聚至凸球面反射镜301，由凸球面反射镜301反射向凸抛物面次反射镜304，再由凸抛物面次反射镜304反射向凹抛物面主反射镜303，形成一束扩束准直的平行光，校准镜4将平行光会聚到标准探测器5上，此时标准探测器的输出为V2(λ)＝Vd(λ)×Vj(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)。(3)(3)最后直接用标准探测器5在单色仪1的出射狭缝处测量单色仪与光源的相对光谱，此时标准探测器的输出为
V3(λ)＝Vd(λ)×Vg(λ)×VL(λ)。(4)将(2)、(3)、(4)式经过简单的数学运算可得到校准镜的相对光谱Vj(λ)＝V1(λ)/V3(λ)。 (5)标准探测器、耦合光学系统、单色仪及其光源的相对光谱V2(λ)/Vj(λ)＝Vd(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)。
(6)遥感仪器光学系统的相对光谱Ve(λ)＝(V(λ)×V1(λ)×Vd(λ))/(V2(λ)×V3(λ))。(7)式中Vd(λ)是标准探测器的相对光谱，是已知的。
本发明有如下有益效果1.本发明的自校准方法在理论上是严格精确的，没有近似及误差，对于高精度的光谱定标有实用价值。
2.本发明的光谱定标光学系统的自校准方法，是建立在特殊的耦合光学系统的基础上，这种耦合光学系统充满了被标定的遥感仪器光学系统的光学口径，而且能够精确成像，测量精度高。


图1遥感仪器定标光学系统光路示意图；图2测量单色仪与光源的相对光谱光路示意图；图3测量耦合光学系统、单色仪与光源的相对光谱光路示意图。
具体实施例方式
见图1，光源1为双灯250W卤钨灯、120W高压汞灯，单色仪2为从美国进口的TR320光谱范围0.3～15μm、相对孔径1/F＝1∶4，标准探测器5为中国国家计量测试研究院的Si探测器(包括读出显示)，耦合光学3为四反射光学系统口径210mm、焦距800mm、相对孔径1/F＝1∶3.8、反射镜为镀铝反射膜，校准镜4为凹球面反射镜口径84mm、焦距143mm、相对孔径1/F＝1∶1.7、镀铝反射膜。
所说的耦合光学系统从右到左按顺序由凸球面反射镜301、凹球面反射镜302构成一个球面双反射系统，凹抛物面主反射镜303、凸抛物面次反射镜304构成一个无焦双反射系统，两个双反射系统用平行光连接，成为一个四反射光学系统，两个双反射系统之间无间距要求。
按上述技术方案中的三步测量步骤得到V1(λ)、V2(λ)和V3(λ)，经过简单的数学运算可得到校准镜、耦合光学系统、单色仪和光源的相对光谱，最后得当遥感仪器相对光谱。
权利要求
1.一种用于遥感仪器光学系统光谱定标的自校准方法，其特征在于该方法的具体步骤如下(A)先用标准探测器(5)测量单色仪(1)与光源(2)的相对光谱，光源(2)发出的光线经过单色仪(1)分成单色光，校准镜(4)将单色光线会聚到标准探测器(3)上，此时标准探测器的输出为V1(λ)＝Vd(λ)×Vj(λ)×Vg(λ)×VL(λ)， (2)其中Vd(λ)为探测器的相对光谱；Vj(λ)为校准镜的相对光谱；(B)再用标准探测器(5)测量整个标定系统的相对光谱，光源(2)发出的光线经过单色仪(1)分成单色光，单色光射向耦合光学系统(3)的凹球面反射镜(302)，经其反射会聚至凸球面反射镜(301)，由凸球面反射镜(301)反射向凸抛物面次反射镜(304)，再由凸抛物面次反射镜(304)反射向凹抛物面主反射镜(303)，形成一束扩束准直的平行光，校准镜(4)将平行光会聚到标准探测器(5)上，此时标准探测器的输出为V2(λ)＝Vd(λ)×Vj(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)，(3)(C)最后直接用标准探测器(5)在单色仪(1)的出射狭缝处测量单色仪与光源的光谱，此时标准探测器的输出为V3(λ)＝Vd(λ)×Vg(λ)×VL(λ)，(4)将(2)、(3)、(4)式经过简单的数学运算得到校准镜的相对光谱Vj(λ)＝V1(λ)/V3(λ)， (5)标准探测器、耦合光学系统、单色仪及其光源的相对光谱V2(λ)/Vj(λ)＝Vd(λ)×Vo(λ)×Vg(λ)×VL(λ)， (6)遥感仪器的相对光谱Ve(λ)＝(V(λ)×V1(λ)×Vd(λ))/(V2(λ)×V3(λ))， (7)式中Vd(λ)是标准探测器的相对光谱，是已知的。
全文摘要
一种用于遥感仪器光谱定标的自校准方法，该方法是利用标准探测器，通过校准镜，分别对单色仪与耦合光学系统及校准镜的进行测量，经过换算，求出定标耦合光学系统、单色仪、光源的实际相对光谱。本发明是建立在特殊的耦合光学系统的基础上，这种耦合光学系统能够充满被标定遥感仪器的光学口径，而且能够精确成像，测量精度高。本发明的最大优点是在理论上是严格精确的，没有近似及误差，对于高精度的光谱定标有实用价值。
文档编号G01J3/28GK1546957SQ200310109248
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月11日 优先权日2003年12月11日
发明者胥学荣 申请人:中国科学院上海技术物理研究所