嫦娥一号干涉成像光谱仪的定标

　　0　引言

　　根据我国首次探月的科学目标[1],嫦娥一号卫星需配置一台可见光/近红外的成像光谱仪,它的科学目标定位是:与X/y谱仪相配合,共同完成“分析月球表面有用元素成份与物质类型的含量与分布”.X/y谱仪侧重于元素成份的探测,成像光谱仪侧重于物质类型的分析.

　　在方案论证阶段,通过比较各种类型成像光谱仪之优缺点,选取Sagnac空间调制型成像光谱技术方案,其理由是:1)从空间环境条件出发.由于Sagnac型干涉成像光谱仪具有非常强的力学和温度环境适应能力,除无运动部件外,其干涉仪是一个实体,而且两束相干光在干涉仪中的路径几乎相同,但方向相反,所以对振动、温度等环境的影响不敏感,这一点也是美国于2000年7月发射的强力小卫星MightSat II中选择Sagnac空间调制型成像光谱技术方案的重要原因[2~4];2)由于我国是首次探测月球,尚有很多未知性,所以探月科学家提出希望能获得任一波长的谱强度信息,这正好是干涉型成像光谱仪技术的特点[5],它不同于其他类型的成像光谱仪,直接测量得到干涉图,所有谱线的信息都含在干涉强度分布中,可以通过傅里叶变换获取任一波长的真实谱强度信息,因此决定在嫦娥一号选用Sagnac空间调制型成像光谱技术方案.

　　嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪(InterferenceImaging Spectrometer,IIS)于2007年11月27日开机以来获得了大量月面的多光谱图像,图像清晰、层次纹理丰富,受到用户广泛好评,目前已基本完成了辉石的矿物填图.

　　嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪研制过程中碰到的最大困难之一是平场和光谱辐亮度的绝对定标,国内外几乎找不到有价值的文献资料,在个别文献资料中,虽也提到定标,但描述都十简单[6-7].然而定标必不可少,否则干涉成像光谱仪无法达到识别物质类型的目标.“行”平场原理及方法[8]可以很好地解决相对定标的困难,不同类型光谱仪的对比方法[9]可以解决绝对辐射定标难题.

　　1　嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪光学方案

　　图1和表1分别给出了嫦娥一号卫星干涉成像光谱仪的光学系统结构和参量分配[10].

　　从图1可以看出,它是一个二次成像系统.在前置光学系统(Fore-optic)的像平面上有一个0.06mm宽的狭缝(Slit),从而形成视场,狭缝又位于付氏光学系统(Fourier Lens)的前焦平面上,所以由付氏光学系统出射的是平行光,光场为平面波,柱面光学系统(Cylinder Lens)的作用是在一个方向上把平面波压缩为一条线,再成像在沿飞行方向的一列CCD上,成为一组离散的干涉图数据I(x),经付氏变换后即可得到复原光谱[11-13].

　　定标是对整机实施的,它包含了光、机、电、CCD各方面的因素.