实用机载成像光谱仪系统

引言

成像光谱技术是国际遥感前沿技术.自80年代起步,90年代发展迅速.成像光谱仪的高光谱分辨率,使仪器在记录探测对象的空间特征同时,能在一个光谱区间内获得每个象元几十甚至几百个连续的窄波段信息.在获得的光谱图像数据中直接反映出物质的光谱特征,使得从空间直接识别地球表面物质成为可能.中国科学院上海技术物理研究所在1990年研制出我国第一台机载成像光谱仪原理性实验样机并进行了首次航空试验.至今,成像光谱仪传感器的实用化设计已定型,高速大容量数据采集、记录、辐射定标等关键技术取得突破,由上海技术物理所发展的机载成像光谱仪MAIS已走向实用.本文介绍了实用机载成像光谱仪的系统设计、主要性能参数和遥感应用情况.

1　系统设计

1.1　设计原则

宽扫描视场对于实用型遥感传感器是必要的.光机扫描成像方案与面阵推扫方案比较,技术成熟并且可获得90°扫描视场,符合航空遥感实用要求.成像光谱仪的遥感对象将面向陆地及海洋资源环境等不同类型物质的识别,其波段选择要求覆盖大气所能透过的整个太阳反射光谱区,考虑到地质应用对热红外波段的需求,本系统以光谱仪置换的方式,增加了热红外探测波段.在提高系统信噪比和更高的光谱分辩率之间选择了前者,并立足国内现有的技术和工艺条件.为此,将实验样机中可见近红外光谱仪的凹面光栅改为平面光栅,短波红外光谱仪的透射系统改为反射系统,短波红外探测器改用热电制冷的32元PbS线列探测器.

成像光谱仪的系统性能主要以下式(1)～(3)确定.在0.4～2.5μm可见光至短波红外光谱范围,成像光谱仪的信噪比为

式(1)中D0为光学系统的有效口径,ω为系统瞬时视场立体角,τoλ为光学系统的单色透过率,τaλ为大气的单色透过率,θ为太阳高度角,E(λ)为太阳在地面的光谱辐照度,Dλ*为探测器的探测率,AD为探测器的光敏面,ηe为信号过程因子,Δf是系统的电子学噪声等效带宽,Δρλ为相邻象元的单色反射率差.

评价成像光谱仪系统性能时,取Δρλ为100%,τaλ、τoλ、Dλ*在λ1至λ2的窄波段内取平均值τa、τo、Dλ*,则系统的噪声等效反射率NEΔρ为

τ为系统对单个象元的凝视时间.

对决定成像光谱仪性能的主要技术指标(如光谱分辨率、辐射灵敏度、瞬时视场、总视场等参数)的确定原则和制约因素,文献[1]已作了详细的分析和讨论,本文不再赘述.