大气探测傅里叶变换光谱仪

　　1　大气探测傅里叶变换光谱仪的发展与现状

　　十九世纪的后期,Albert A. Michelson以光的波相性为理论依据,设计了以其名字命名的干涉仪,并成为傅里叶变换光谱仪的基本形式。1950年左右,Pierre Jaquinot发现傅里叶光谱仪的高光通量的优点,Peter Fellgett确定了傅里叶光谱仪的多通道的优点。从此,傅里叶光谱技术得到了迅速发展,并吸引了广泛领域的研究者,其在技术上广泛地吸收不同领域的成果,在工程应用上借鉴了时代科技的精华。傅里叶光谱仪器的发展应用了众多领域的知识,包括光学、电子、数学以及计算机技术。作为一种精巧的测量方法,傅里叶光谱技术已经成为今天高精度光谱,尤其是高精度红外光谱研究的最得力的工具。

　　在应用方面,傅里叶变换光谱仪不仅是在实验室进行化学分析的有力工具,在空间遥感领域傅里叶光谱技术一直占有重要的地位。早在1962年,被命名为BlockI6-T〔1〕的干涉仪搭载于美国空军的一颗用于大气辐射观测的卫星上,工作于中红外(1.8～15μm),光谱精度40 cm-1,每秒进行一次扫描,它是第一个成功发射入轨的大气探测傅里叶光谱仪,同时也是第一个用于飞行测量的快扫描装置。

　　当用数学方法确定温度分布的技术发展起来时,NASA就开始对用星载迈克尔逊干涉仪测量辐射的技术进行研究。1966年成功地发射了雨云Ⅲ号干涉仪。1970年,在雨云4号气象卫星上安装了一个更先进的傅里叶光谱仪,即IRIS D〔2〕。

　　目前在高精度的空间遥感光谱探测领域,傅里叶光谱仪占有极为重要的地位。傅氏光谱技术自其成功应用于常规的光谱测量起就被应用于遥感探测。在Block干涉仪及搭载于雨云卫星上的IRIS系列干涉仪之后,不断有星载傅里叶光谱仪发射入轨,进行大气遥感测量;同时,傅里叶光谱仪还被用于星际空间的遥感测量,如1971年发射的水手9号飞船,1977年飞往木星,土星及更远星体的旅行者1,2号探测器,其所搭载的傅里叶光谱仪提供了重要的光谱数据。

　　近年来,世界上空间技术发达的国家在星载傅里叶技术方面投入了很大的力量,不断有新的大气探测傅氏光谱仪器发射成功,而且这些系统在测量精度等性能指标上不断提高〔3〕。表1列出了部分最新发射或计划发射的仪器的概况。

　　傅里叶变换光谱技术作为空间遥感的重要手段,具有极大的优势。可以说,高精度的空间红外光谱遥感就是从星载的大气探测傅里叶变换光谱仪开始的。傅里叶光谱测量所具有的优势概括起来主要是三点:宽光谱、高精度以及快速测量。其中宽光谱范围与高精度是目前其他诸如滤光片式及光栅分光式遥感仪器无法相比的。要在宽光谱区间上获得高分辨率光谱数据,傅里叶变换光谱仪是最佳选择。傅里叶变换光谱仪的原理使得其提高光谱分辨率及光谱测量范围的潜力优于其他方式,而且从技术上更可行,更易于实现。