三角共路型干涉成象光谱仪研究

　　引　言

　　依据阵列探测器扫描的空间调制型干涉成象(傅立叶变换)光谱仪(SMIFTS)是在二十世纪八十年代末开始引起人们重视、具有重要的研究和应用 价值的新一代空间光学遥感器。它具有许多独特的优点,如光通量大、信噪比高、使用方便和易于实现等。近年来,干涉成象光谱方法和技术在遥感领域中得到迅速 发展,正逐步成为以高分辨力遥感探测红外和可见弱辐射的强有力工具,将在未来的机载和星载遥感探测任务中起重要作用。

　　1　基本原理[1-6]

　　三角共路型干涉成象光谱仪的光学结构如图1所示。由前置光学系统将被测物聚焦于入射光阑S处,入射光阑出射的光经分束面BS分束成反射光和透射 光,再经两个反射面M1和M2反射及分束面反射或透射后入射到傅立叶透镜上。当M1与M2相对于分束器完全对称时,无程差存在,故亦无干涉效应,而当M1 与M2不对称时,两束光产生光程差,经傅立叶透镜后形成干涉。由于光路设置使入射光阑置于傅立叶透镜的前焦面处,故当M1与M2非对称时,两束光相对于光 轴向两边分开,对傅立叶透镜而言,相当于两个虚物点。由虚物点发出的光束经傅立叶透镜后变成平行光,在探测器D处合束产生干涉,在距干涉图零光程差点x 处,所得到的干涉图为

式中l为分束器两反射面M1或M2相对于对称位置的偏移量(图2),f′为傅立叶透镜焦距。对上式进一步处理和傅立叶变换即得到光源上每一象元的光谱图。

　　2　应用要求及指标

　　对大量的地表物体的光谱测量表明[8],地物的特征吸收和辐射光谱的峰值半宽度只有10nm～20nm,为了避免地物的特征光谱峰谷被平滑或漏 掉,达到识别众多地面物体的目的,在太阳光反射的光谱范围(0.4μm～2.5μm)就需要上百个光谱分辨力相当于或高于10nm的光谱通道。该光谱仪原 理样机预计要工作在平均高度为2km的机载平台上,为将来研制星载系统探索技术路线。通过多种工作方式下光谱仪性能的比较[9],确定采用面阵探测器推扫 成象的工作方式。根据以上要求,确定干涉成象光谱仪技术指标如下:

　　1)光谱范围:　　　　0.4μm～1.0μm,

　　2)光谱分辨力:　10nm (在0.4μm处),

　　3)地面(象元)分辨力: 0.5m, 4)地面刈幅: 500m

　　3　信噪比方程

　　信噪比SNR是表征遥感器性能的重要指标。信噪比方程是根据应用任务要求来确定仪器性能指标、制定技术途径和方案的基本依据。

　　在地物反射太阳辐射的光谱范围(0.4μm～2.5μm)时,地物本身的热辐射可以忽略。视地物为具有漫反射特性的lambert体,并设其对 λ波长辐射的反射率为ρ(λ)。太阳辐射到地面的λ波长的辐照度为E(λ)(该辐照度由两部分构成:太阳直射光Esol(λ)和天空漫射光 Esky(λ),可由LOWTRAN 7或6S等大气辐射传输代码计算出来)。