星载成像光谱仪杂散光测量

　　0　引言

　　星载成像光谱仪是在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得连续的地物光谱图像,使遥感数据在光谱维进行展开得到高准确度的光谱遥感数据.光谱遥感的探测目标是微弱的光谱信号,杂散光是影响光谱测量准确度的重要原因之一.当前,国内对光学遥感仪器的杂散光研究主要集中在望远镜系统[1-7],而对光谱仪器的杂散光研究较少,只有禹秉熙、于洵等人在20世纪初对单色仪和非单色仪杂散光作了一些分析和测量工作[8-9],而对成像光谱仪杂散光的分析和测量在国内尚少有报道.在国外,美国、德国等发达国家在研制新一代高分辨成像光谱仪时都将杂散光的分析和测量作为一个重要的课题进行了深入研究[10-11];为了降低杂散光引起的光谱仪分光测量误差,Yuqin Zong等人用单色仪测量了光谱仪的杂散光并建立杂散光矩阵,通过软件实现了杂散光的定量修正[12].

　　本文结合某星载成像光谱仪的研制工作,探讨了此类成像光谱仪杂散光的来源、危害和定义,比较了截止滤光片法、光谱法、谱杂散光系数法等光谱仪器杂散光测量方法的优缺点,论述了使用杂散光影响因子描述光谱仪杂散光的可行性和优越性.文章最后给出了使用窄带滤光片测量成像光谱仪杂散光的系统组成、测量步骤和测量结果,并分析了测量方法的不确定度.

　　1　成像光谱仪杂散光分析

　　图1为某星载成像光谱仪的光路简图,为了同时达到高分辨、大视场和较低的体积和重量,望远镜采用非球面主镜、次镜和第三镜构成离轴非球面三反射镜系统(Three Mirror Assembly, TMA),光谱仪采用的非球面准直镜和成像镜也构成离轴非球面系统,光谱仪的色散元件为复合棱镜[13-14].

　　光谱仪器杂散光的绝对值大小与光源、探测器等测量设备特性有关,通常用杂散光系数表示杂散光的相对值,即在光谱仪标称波长上,除该波长以外所有其他波长的辐射能量之和与标称波长的辐射能量之比.

　　与普通光栅光谱仪不同,本文研究的成像光谱仪采用棱镜分光技术,棱镜表面镀增透膜,没有光栅光谱仪中零级和高级光谱干扰及光栅刻划鬼线等杂散光[15].此外,针对接收器件独立设计的入射狭缝有效避免了光线相混现象,也大大降低了望远镜系统杂散光对光谱仪系统的影响.光谱仪杂散光的来源主要有以下几方面:

　　1)反射镜、棱镜等光学器件表面灰尘及缺陷引起的杂散光;2)框架内壁、反射镜边缘等反射引起的杂散光;3)光谱仪像面相邻像元之间的光谱串扰.

　　光谱仪的杂散光会造成一定的背景,降低系统信噪比,直接导致光谱仪分光测量误差增大,降低仪器光谱测量准确度.