用于大气遥感的远紫外光栅色散成像光谱仪的研究

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大气遥感远紫外光谱仪绝对光谱辐照度响应度定标方法研究

Ｊａｎｕａｒｙ，２０１３
大气遥感远紫外光谱仪绝对光谱辐照度响应度定标方法研究
于磊，林冠宇，陈斌
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３
摘
要
主要针对可应用于空间高层大气遥感的远紫外光谱仪的光谱辐照度响应度定标方法进行研究。针
高层大气实时变化很快，辐射波段信号微弱且完全被低
收仪器无法响应或响应稳定度极差，因此地面定标必须寻找
其他标定方式对仪器进行标定。第三，可应用于远紫外波段定标测试的标准仪器如标准灯，标准真空紫外单色仪等较
少，大部分需从国外进口，且这些标准仪器相较其他波段的标准仪器其自身的不确定度较高，这些问题都会使定标结果
中图分类号：０４３３．１
反板均无法保证定标时所需要的能量，使得最终探测器等接
引。言
在未来空间环境和空间天气因果链的研究观测中，高层大气观测都是重要的组成部分。用于高层大气遥感的远紫外成像光谱仪可以获取十分重要的信息＿１］，国外多个相关应用仪器已经证明高层大气粒子相关光谱信息的获取对人类具有重要意义。通过测量各光谱辐射，反演计算出各种粒子的分布和含量，町以实现对高层大气的实时检测，以帮助人类更好的进行空间环境天气预报。为了保证获取光谱反演信息的准确性，需要对光谱仪进行精确的辐射定标。
研究具有重要意义。
关词
电离层；远紫外光谱仪；光谱辐照度；辐射定标

超光谱成像技术

摘要文章介绍了超光谱成像技术的基本概念、关键问题、主要应用目标和原理，综述了超光谱成像技术的国内外发展现状；综合考虑目标红外辐射特性、大气传输透过率、色散式光谱仪辐射传递特性、选用红外探测器参数、数据链传输等环节，研究了成像光谱探测系统的辐射能量传递模型，并对光谱成像仪的主要光谱成像方式做了简单介绍；简要概括了典型星载超光谱成像仪的原理、主要技术指标以及其应用场合等,并对其未来发展趋势作简要概括；最后对全文做简单总结以及对我国发展超光谱成像技术提出一些建议。

关键词：超光谱成像遥感成像光谱光谱探测超光谱成像仪目录摘要 (I)1 前言 (1)1.1 超光谱成像技术简介 (2)1.1.1 超光谱成像的内涵 (2)1.1.2 超光谱成像技术的关键问题 (3)1.2 超光谱成像技术的应用 (3)1.3 超光谱成像技术发展状况 (5)1.3.1 国外航天超光谱成像仪的发展 (5)1.3.2 我国超光谱成像仪现状 (6)1.4 发展趋势 (7)2 超光谱成像技术的基本机理 (8)2.1 成像光谱探测技术的成像机理 (8)2.1.1 物质的光谱特性 (8)2.1.2 大气效应对光电探测的影响 (9)2.1.3 光谱成像探测模型 (10)2.1.3.1 可见光/近红外波段的探测模型 (11)2.1.3.2 红外波段的探测模型 (13)2.1.4 传感器模型 (14)2.1.4.1 传感器一般系统模型 (14)2.1.4.2 成像光谱仪的光谱成像方式 (15)2.1.5 成像光谱仪器的综合系统模型 (19)2.2 超光谱成像探测技术原理 (21)3 典型星载超光谱成像仪 (22)3.1 国内外典型星载超光谱成像仪 (22)3.2 星载超光谱成像仪发展趋势展望 (27)4 总结与未来工作展望 (28)4.1 全文总结 (28)4.2 未来工作 (29)参考文献 (30)超光谱成像技术1 前言超光谱成像技术是在多光谱成像技术基础上发展起来的新技术。

一种用于大气探测的紫外成像仪光学系统设计

中，对于（）３，ＨＣＯ，ｓ０２，ＮＯ等气体成分有较明显的探测优势。紫外全景临边成像仪设计运行在４００ｋｍ的轨道高
２００Ｏ１Ｏ，３００５００１０００２０００ｍｉｌｌ
全景成像技术包括鱼眼镜头，折反式全景成像技术和环带式全景成像技术，浙江大学光学国家重点实验室对于以上全景成像技术进行了一系列的研究。但国内外尚未有将全景成像技术应用到大气紫外临边探测的仪器研究进展。本工作结合重点专项项目的光学设计技术指标，提出了
收稿日期：２０１３－０４－２３，修订日期：２０１３ — ０６ — ２０
Ｆｉｇ．１ｓｏｕｎｄｉｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｂａｎｄｆｏｒａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｔｒａｃｅｇａｓ
一
种用于大气探测的紫外成像仪光学系统设计
张晶，王淑荣¨ ，李博，薛庆生，黄煜
１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春
２．中国科学院大学，北京１０００４９
１３００３３
的研究热点ｌ］】。目前文献中有关临边成像光谱仪的报道其
光学系统部分大多采用前置光学系统，包括反射式非球面刻
划光栅、离轴抛物面反射镜，或通过方位扫描镜与高度扫描镜的配合实现较大视场的临边探测。这在一定程度上增加了加工成本，给加工和装配带来了很多不便。目前国内外有关

基于大气吸收带的超光谱成像仪光谱定标技术研究

光谱定标，ＭＥＩＲＳ就是利用该方法进行在轨光谱料中找到的发射光谱灯的数
据，通过对比采集到数据与参考资料中数据就可以得到通道中心波长和通道数之间的关系，ＰＬＳ采用该方法进行光ＨＩＬ谱定标。
通道中心波长和光谱带宽。利用超光谱成像仪光谱采样间隔和大气吸收带中明显的吸收峰对超光谱成像仪进行光谱定标，并通过与定标好的光纤光谱仪结果进行比对，结果显示利用该方法对超光谱成像仪进行光谱定标的定标精度可达１ｎｍ。该方法用于棱镜色散型超光谱成像仪光谱定标具有容易实现的特点，并且可
第１期
光谱学与光谱分析
２９６
中传播如图１所示，复色光以入射角ｉ射入棱镜，经两块棱
谱通道，取０６ｍ作为参考波长，一个像元起始端对若．５第
ＣＯＭＰＳＰＸ和Ｐｃ采用这种方法进行光谱定标。ＡＳ，ＡＥＨＩ这种方法中单色仪出缝处的光束均匀性对光谱定标结果有ｌｎｎ的影响，ＨｙｅｉＩｐｒｎ和Ｃｍｐｓ在单色仪出缝后分别加漫ｏｏａｓ反射板和积分球进行匀光，这样可以提高超光谱成像仪光谱定标精度，但是对超光谱成像仪探测器响应和图像处理水平提出很高要求。掺杂稀土元素的漫反射板法＿是一种能快速８
方便进行光谱定标的方法，它通过在超光谱成像仪视场内插人一块光谱反射比大致为１０的聚四氟乙烯（ＴＥ板，０ＰＦ）用石英卤钨灯照射该板，使来自板的辐射充满光谱仪的视该场，记录下光谱仪产生的图像。然后，ＰＦ将ＴＥ板移开并用

基于超环面均匀线距光栅的成像光谱仪优化设计研究

解。
应用『１＿３＿，与棱镜色散光谱仪相比，具有色散均匀、光谱分辨率高的特点。目前，光栅色散型光谱仪大多使用的是基于平面光栅的ｃｚｅｒｎｙ —Ｔｕｒｎｅｒ光谱仪＿４］，它由３～４个光学元件组成。在远紫外大气遥感［６］等弱信号探测领域，由于信号非常弱，要求光谱仪光学系统具有较高传输效率。凹面光栅自身同时具有色散和聚焦能力，单块凹面光栅就可构成凹面光栅光谱仪，光学元件少，因此能量传输效率高。在远紫外
分辨率０．６ｎｍ的设计要求，也证明了该优化设计方法是可行的，可在其他波段推广应用，对光栅色散型成像光谱仪的设汁具有指导意义。关键词成像光谱仪；光学设计；超环面均匀线距光栅；遗传算法；ＺＥＭＡＸ
文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００ — ０５９３（２０１３）０５ — １４３３ — ０５
第３３卷，第５期
２０１３年５月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓ
Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．５，ｐｐ１４３３ — １４３７Ｍａｙ，２０１３
中图分类号：ＴＨ７４４．１
的曲率半径，此种光栅在超环面上通过机械刻划的方法容易
引言

高分辨率星载真空紫外成像光谱仪设计与研究

的ＧＯＭＥ，ＣＡＭＡＳＩＣＨＹ，以及ＨＳ中的ｃｓ等ＪＴＯ。
Ｆｉ．１Ｋｅａｔｃｅｎｅｒｕｔａｉｌｔｉａｍｏｐｈｅｅｇｙｐｒｉｌｓｉｎａ－ｌｒｖｏｅｎｔｓｒ
本文主要研究了真空紫外成像光谱仪的结构，并着重对
Ｆｉ．ＳｈｍａｉｉｇａｆＣｚｒｙＴｕｎｒｇ３ｃｅｔｃｄａｒｍｏｅｎ－ｒｅｉａｉｇｓｃｒｍｅｅｍｇｎｐｅｔｏｔｒ
码获得二维成像信息和光谱信息，敏度高，灵适用于微弱光
的改进，从而获得了成像效果优良的结构。带有ＭＣＰ的二维成像光子计数型探测器有ＸＤＬ探测
器、ＷＳＡ探测器、ＭＡＭＡ探测器ｌ等，这种类型的探测器８
特点足，通过微通道板实现入射光子的二次电子碰撞，得获１１。电子增益，Ｏ～Ｏ的并对落在阳极上的电子云进行位置解
我们引入向量几何和一阶微分方法来推导该系统全波段像差
校正条件。如图４所示，建立一个二维向量坐标系，可以获得儿个向量三角形：ＢＯ，ＯＣ，ＯＯＣ各个向量ＡＡＢ０，ＢＢＣ和Ｃ。
表示如下
第１期２
一
光谱学与光谱分析
ＭＣＰ表面的量子效率低，需要加镀光电阴极以提高响应；对
于１００ｍ波段，光电阴极采用碘化铯，而对２０００４２０ｎ０￣３０ｎｍ波段，光电阴极则采用碲化铯。根据探测的粒子波段分析可知在１０１ｍ处无重要粒子辐射分布，９￣２０ｎ允许一定间断，故可将探测器接收表面按设计进行分块镀膜，以实现光

大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪关键技术

中图分类号：Ｖ４４７＋．１文．１９３２８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００６－１６３０．２０１９．Ｓ．０１９
ＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＩｎｆｒａｒｅｄＵｌｔｒａ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
ＨＯＵＬｉｚｈｏｕ，ＸＵＰｅｎｇｍｅｉ，ＺＨＡＮＧＹｕｇｕｉ，ＬＩＬｉｊｉｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ；ｓｏｌａｒｏｃｃｕｌｔａｔｉｏｎ；ｓｕｎｔｒａｃｋｉｎｇ；ｔｒａｃｅｇａｓｅｓ；ＧＦ－５ｓａｔｅｌｌｉｔｅ
０引言
大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪（ａｔｍｏｓ－ｐｈｅｒｉｃｉｎｆｒａｒｅｄｕｌｔｒａ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，ＡＩＵＳ）是采用时间调制傅里叶变换光谱探测技术的［１－５］星载甚高光谱分辨率太阳掩星傅里叶变换光谱仪，搭载在高分五号卫星上，于２０１８年５月９日成功发射入轨，经在轨测试，指标满足要求，初步反演结果良好。
第３６卷２０１９年增刊
上海航天ＡＥＲＯＳＰＡＣＥＳＨＡＮＧＨＡＩ
１１７
大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪关键技术
侯立周，徐彭梅，张玉贵，李立金
（北京空间机电研究所，北京１０００７６）
摘要：搭载于高分五号卫星的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪（ＡＩＵＳ）是我国第一台太阳掩星红外光
要数据。保证探测仪实现高分辨率太阳掩星探测的最关键技术是甚高光谱分辨率傅里叶变换光谱探测技术和太

用于成像光谱仪的宽视场离轴三反望远镜设计_陈伟

第４２卷第８光ＨＯ子ＴＯＮ学ＩＣＡ报ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．８Ａｕｇｕｓｔ２０１３
ｄｏｉ：１０．３７８８／ｇｚｘｂ２０１３４２０８．０９５０
用于成像光谱仪的宽视场离轴三反望远镜设计
陈伟，薛闯
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春１３００３３）
摘要：大相对孔径宽视场成像光谱仪已成航天、航空遥感的迫切需求，要求其望远镜具有大相对孔径、宽视场和像方远心、成像质量高等特点．以同轴三反望远镜的几何成像理论为基础，研究了大相对孔径、宽视场远心离轴三反望远镜的光学设计问题，并且编制了初始结构计算程序．采用视场离轴方式设计了一个波段范围２００～１０００ｎｍ，焦距２１０ｍｍ，相对孔径１∶２．５，线视场１４°的远心离轴三反望远镜，主镜和三镜为６次非球面，次镜为二次曲面．点列图直径的均方根值小于１６μｍ，８０％的能量集中在一个像元以内，在奈奎斯特空间频率２２．２ｌｐ／ｍｍ处，调制传递函数大于０．７５，畸变小于０．２％，各项指标均满足应用要求．关键词：光学设计；望远镜；成像光谱仪；离轴三反消像散；空间分辨力中图分类号：Ｏ４３３．１；ＴＮ７４４．１文献标识码：Ａ文章编号：１００４－４２１３（２０１３）０８－０９５０－６
２初始结构参量计算
离轴三反望远镜是在同轴三反望远镜的基础上进行离轴得到的，所以同轴三反望远镜的三级像差理论是离轴三反望远镜设计的基础．首先把离轴三反望远镜看成同轴系统进行初始结构参量计算，同轴三反望远镜的光学结构和参量定义如图１所示，图中所标长度量均为带有符号的量，规定，从左到右为正，从右到左为负．

用于大气遥感探测的临边成像光谱仪

ｔｒｄｆｒｔｐｃｒｌｒｎｇｓｏ４ — ００ｎ（ｓｄｒｎｄ２０４０ｎ（ｎｄｏｄｅ）Ｔｈｅｐｏｏｙｕｅｏｈｅｓｅｔａａｅｆ５０８ｍ１ｔｏｒｅ）ａ７ — ０ｍ２ｒｒ．ｒｔｔｐｅｃｎｓｓｓｏｒｄｂｎｅｒｃｉｃｏａｉｏｒｅｅｃｐｉｔｃｌｓｓｅｏｉｔｆａｂｏａ — ａｄｒｆａｔｖｅａｈｒｍｔｃｆｅｔｌｓｏｃｏｐｉａｙｔｍａｄｉｉｄＣｚｒ－ｎｄａｍｏｆｅｅｎｙＴｕｒｅｐｃｒｌｉａｎｙｔｍｎｅｏｄｍａｅｒｎｒｓｅｔａｍｇｉｇｓｓｅａｄｒｃｒｓｉｇｓｆｏｍ４ — ０ｍｈｅｖｓｂｌｉｔｒａｎ７ — ０５０— ０ｎｂｙｔｉｉｅｆｌｅｄ２０— ０８４ｎｍｙｔＶｉｔｒｂｈｅＵｆｌｅ．Ｔｈｅｖｌｍｅｏｈｒｔｙｅｉｂｏｔ４ｏｕｆｔｅｐｏｏｔｐｓａｕ５０ｍｍ × ２０ｍｍ × ２０ｎｍ，ａｄｔｅｔａ５０ｌｎｈｏｔｌｍａｓｉｂｕｔ８ｋｓｓａｏｇ．Ａｐｃｒｌｅｐｅｉｅｓｃｒｉｄｏｕｔｈｅｐｒｔｔｐｅｉａｒｔｒｎｄｔｅａ — ｓｅｔａｘｒｍｎｔｉａｒｅｔｗｉｈｔｏｏｙｎａｌｂｏａｏｙａｈｎ
用于大气遥感探测的临边成像光谱仪
薛庆生，王淑荣李福田，，林冠宇，汪龙祺

成像光谱技术

成像光谱技术原理与应用1.概述成像光谱技术（Imaging Spectroscopy）是一种结合了光学成像和光谱分析的高级遥感技术。

它利用光学成像仪器和光谱仪器，可以在每个像素点上获取连续的光谱信息，从而实现高光谱分辨率和空间分辨率的数据获取。

2.技术原理成像光谱技术的原理是通过将入射光分散成不同波长的光谱，并在每个波长上进行成像。

这一过程通常通过使用光栅、多晶棱镜或迷宫棱镜等光学元件来实现。

成像光谱仪器中的探测器可以记录每个像素点上的光谱信息，从而构建出完整的光谱数据。

3.数据获取与处理成像光谱技术的数据获取主要涉及成像仪器的选择和操作流程。

选择合适的成像光谱仪器可以根据需求确定光谱范围和光谱分辨率。

在数据处理方面，常见的处理步骤包括辐射校正、大气校正和光谱重构。

这些处理步骤旨在消除数据中的噪声和误差，使得光谱数据更加准确和可靠。

4.研究领域与应用成像光谱技术在各个领域都具有广泛的研究和应用价值。

以下是一些典型领域的应用案例：●农业与林业：利用成像光谱技术可以实时监测农作物和森林的健康状况。

通过分析作物或植被的光谱特征，可以进行病害检测、营养评估和水分监测等。

●环境与气候：成像光谱技术可以用于监测水体质量、土壤污染、大气组成和空气质量等环境因素。

通过分析光谱数据，可以评估环境的健康状况和变化趋势。

●地质勘探：成像光谱技术在地质勘探中发挥重要作用。

它可以用于矿产资源勘探，如检测地下矿产的分布和含量。

此外，成像光谱技术还可用于研究地质构造、地表变化和土地利用。

●城市规划与建筑：成像光谱技术可以帮助城市规划和建筑评估。

通过分析城市绿化覆盖、土地利用和建筑材料的光谱特征，可以提供科学依据和决策支持。

5.应用案例表格关于成像光谱技术的详细介绍，包括技术原理、数据获取与处理以及各个领域的研究和应用。

通过配合应用案例表格，读者可以更加清楚地了解成像光谱技术在不同领域中的具体应用情况。

请注意，表格中提供的应用案例只是示例，实际应用情况和案例会更加丰富和多样。

极远紫外成像光谱仪在空间科学中的应用与展望

１引言
在空问科学研究中，谱的 “ 色 ” 光颜往往被当成宇宙中不同物质成分的指示剂，通过对特定波长光谱辐射的观测可以了解宇宙中的物质种类、量等。观测宇宙辐射光谱的 “ 睛” 含眼 —— 航天遥感成像光谱仪载荷经历了半个多世纪的发展，主要成就在于探测波段的不断拓宽、像能力的显著增强以及探测灵敏度的其成
间天气、宙起源等许多前沿科学研究提供大量的研究资料和可靠数据。本文结合极远紫外成像光谱仪在宇
空间科学中的实际应用，绍了国外该类仪器的发展水平，析了其关键技术，而提出该类仪器未来的发介分进展方向，我国同类仪器研究工作的开展提供思路。为
惶
赠
波长／ｍｎ
图１紫外辐射衰减到其初始强度的１／的海拔高度ｅ时
航天技术的进步和空间科学研究的需求推动了极远紫外成像光谱仪的发展，将高性能的极远紫外成像光谱仪发射到太空中来对地球、阳系、至整个宇宙进行观测成为世界各国争相发展的热点。通过观测不太乃同天体目标极远紫外辐射的强度和变化，以反演出多种物质的含量和变化规律，而为日地空间环境、可从空
仪将能够监测行星或彗星的大气活动；重要的生命组成成分—— Ｃ、０、Ｓ的最强谐振波长也都包含在极Ｈ、Ｎ、

成像光谱仪分光技术概览_郑玉权

文章编号:1007-4619(2002)01-0075-06成像光谱仪分光技术概览郑玉权,禹秉熙(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林　长春　130022)摘　要:　论文介绍了多种成像光谱仪的分光技术。

棱镜或光栅色散型成像光谱仪技术成熟,应用广泛;在发散光束中使用光栅的方法,克服了准直光束用法中的一些缺陷;傅里叶变换光谱仪是遥感探测可见和红外弱辐射的有力工具;光楔成像光谱仪结构简单,随着渐变滤光片工艺技术的成熟,已走向实用化;采用可调谐滤光片的成像光谱仪由于滤光片水平的限制,投入应用还有待时日;采用二元光学元件的成像光谱仪结构紧凑,体积小,扫描速度快,已研制出地面实用型产品;层析成像光谱仪原理新,目前还处在实验阶段;三维成像光谱仪可以同时获取二维影像和一维光谱信息,可实现对迅变目标的观测。

关键词:　成像光谱仪;分光技术;傅里叶变换光谱仪;可调谐滤光片;二元光学元件;层析;三维成像光谱仪中图分类号:　TP702 文献标识码:　A1　引　言成像光谱仪(即超光谱成像仪)是20世纪80年代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的新一代光学遥感器,它能够以高光谱分辨率获取景物和目标的超多谱段图像,在大气、海洋和陆地观测中正在得到广泛的应用。

成像光谱仪是成像技术和光谱技术的有机结合,它的光学系统一般由望远系统和光谱仪系统组成,光谱仪系统采用的分光技术直接影响着整个成像光谱仪的性能、结构的复杂程度、重量和体积等。

本文在介绍传统的棱镜、光栅色散型成像光谱仪的基础上,概括了新发展起来的成像光谱仪分光技术,主要包括傅里叶变换光谱仪、采用可调谐滤光片的凝视型成像光谱仪、渐变滤光片(光楔)成像光谱仪、采用二元光学元件的成像光谱仪、层析成像光谱仪和完全无动件的三维成像光谱仪。

2　棱镜、光栅色散型成像光谱仪2.1　在准直光束中使用棱镜或光栅的分光技术棱镜和光栅色散型成像光谱仪出现较早、技术比较成熟,绝大多数航空和航天成像光谱仪均采用了此类分光技术,棱镜和光栅的典型应用方式如图1所示。

成像光谱技术简介

成像光谱技术1.成像光谱技术发展简述光谱技术是指利用光与物质的相互作用研究分子结构及动态特性的学科，即通过获取光的发射、吸收与散射信息可获得与样品相关的化学信息，成像技术则是获取目标的影像信息，研究目标的空间特性信息。

这两个独立的学科在各自的领域里已有数百年的发展历史，但是知道上个世纪六十年代，遥感技术兴起，空间探测和地表探测一时成为科学界研究的热点，人们希望得到的不单纯是目标的影响信息或者目标的光谱信息，而是同时得到影像信息和光谱信息，这一需求极大的导致了成像技术和光谱技术的结合，催生出了成像光谱技术。

所谓光谱成像技术，其本质是充分利用了物质对不同电磁波谱的吸收或辐射特性，在普通的二维空间成像的基础上，增加了一维的光谱信息。

由于地物物质组成的不同，其对应的光谱之间存在差异（即指纹效应），从而可以利用地物目标的光谱进行识别和分类。

光谱成像技术可以在电磁波段的紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取许多窄并且光谱连续的图像数据，为每个像元提供一条完整并且连续的光谱曲线。

图1 成像光谱技术示意图图1.1就是成像光谱技术的示意图，成像光谱仪得到一个三维的数据立方体，从每个空间象元都可以提取一条连续的光谱曲线，通过谱线的特征分析，继而用于后续的测探等目的。

2.成像光谱仪的分类成像光谱仪是成像光谱技术发展的必然产物，是可以同时获取影像信息与像元的光谱信息的光学传感器，是成像光谱技术得以实现的实物载体，根据不同的分类标准可以进行多种分类，主要有以下几种：(1)根据成像光谱仪的光谱分辨率不同，可以分为多光谱成像仪(MultispectralImager, MSI)，高光谱成像仪(Hyperspectral Imager, HSI)，超光谱成像仪(Hyperspectral Imager, USI)。

多光谱成像仪：获得的目标物的波段在3~12之间，光谱分辨率一般在100nm 左右，主要用于地带分类等方面。

高光谱成像仪：获得的目标物的波段在100~200之间，光谱分辨率在10nm 左右，被广泛用于遥感中。

120_180nm星载远紫外电离层成像光谱仪光学系统设计与研究

摘要
针对目前国内对星载电离层成像光谱仪研究 , 设计了一种适用于 120~ 180 nm 远紫外探测的光学系统 , 并
开展了原理样机的研制工作。对比国外各种方案 , 分析其优劣性后提出了以离轴抛物镜为物镜 , Czerny T ur ner 结构为成像光谱系统的方案。为解决传统 Czerny T ur ner 结构像差校正不均匀、空间分辨率低等缺点 , 进行了像差理论的研究 , 并提出了处理方法。设计成功了视场角为 4 , 焦距为 139. 3 mm, 工作波段在 120~ 180 nm 之间的星载电离层成像光谱仪系统。设计结果表明 , 全系统的像差得到充分校正 , 全视场全波段调制传递函数值在 0. 6 以上 , 完全满足指标要求。将该方案与国外已有载荷进行对比 , 证明其工程实现性好 , 性能更为优越。关键词传感器 ; 成像光谱仪 ; 远紫外 ; Czerny T urner 结构 ; 像差校正 O 433. 1; T H744. 1 文献标识码 A doi: 10 . 3788 / AOS201131 . 0112011 中图分类号
收稿日期 : 2010 04 27; 收到修改稿日期 : 2010 06 22 基金项目 : 国家自然科学基金 ( 41074126) 资助课题。作者简介 : 于磊 ( 1984 ) , 男 , 博士研究生 , 主要从事紫外遥感仪器设计及图像遥感处理方面的研究。 E mail: to p1go ds@ email. ustc. edu. cn 导师简介 : 王淑荣 ( 1961 ) , 女 , 硕士 , 研究员 , 主要从事空间紫外光学遥感技术研究方面的研究。 E mail: w srong @ ciomp. ac. cn 0112011 1

遥感技术在大气环境监测中的应用

遥感技术具有监测范围广、速度快、成本低,且便于进行长期的动态监测等优势, 还能发现有时用常规方法难以揭示的污染源及其扩散的状态, 它不但可以快速、实时、动态、省时省力地监测大范围的大气环境变化和大气环境污染, 也可以实时、快速跟踪和监测突发性大气环境污染事件的发生、发展, 以便及时制定处理措施, 减少大气污染造成的损失。

因此,遥感监测作为大气环境管理和大气污染控制的重要手段之一, 正发挥着不可替代的作用。

1 大气环境遥感监测技术的基本原理遥感监测就是用仪器对一段距离以外的目标物或现象进行观测,是一种不直接接触目标物或现象而能收集信息,对其进行识别、分析、判断的更高自动化程度的监测手段。

它最重要的作用是不需要采样而直接可以进行区域性的跟踪测量,快速进行污染源的定点定位,污染范围的核定,污染物在大气中的分布、扩散等,从而获得全面的综合信息。

根据所利用的波段, 遥感监测技术主要分为紫外、可见光、反射红外遥感技术;热红外遥感技术和微波遥感技术三种类型。

大气环境遥感监测作为遥感技术应用中较为重要的内容之一,在业务上不同于常规气象要素的监测。

常规气象要素遥感监测[1 ] 主要是指测量大气的垂直温度剖面、大气的垂直湿度剖面、降水量及频度、云覆盖率(云量和云层厚度) 和长波辐射、风(风速和风向) 、地球辐射收支的测量等。

而大气环境遥感则是监测大气中的臭氧(O3 ) 、CO2 、SO2 、甲烷(CH4 ) 等痕量气体成分以及气溶胶、有害气体等的三维分布。

这些物理量通常不可能用遥感手段直接识别,但由于水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成分具有各自分子所固有的辐射和吸收光谱特征,如影响水汽分布的主要光谱波长在017μm , O3在0155～0165μm 之间存在一个明显的吸收带等,因此我们实际上可通过测量大气散射、吸收及辐射的光谱特征值而从中识别出这些组分来。

研究表明,在卫星遥感中,有两个非常好的大气窗可以用来探测这些组分,即位于可见光范围内的0140～0175μm 的波段范围和在近红外和中红外的0185μm、1106μm、1122μm、1160μm、2120μm 波段处。

遥感技术在大气环境监测中的应用综述

遥感技术在大气环境监测中的应用综述摘要：遥感技术是大气环境监测方面重要的技术手段，能够对大面积大气污染事故进行实时监测，为制定科学、快速、准确、合理的应急方案提供技术支撑。

本文首先介绍了大气环境遥感监测技术的基本原理，然后综述了遥感技术在大气环境监测中的应用现状，最后指出了我国在大气环境监测方面的进展并进行了展望。

关键词：遥感技术，环境监测，大气环境，应用1引言遥感技术是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术，是一种应用各种传感仪器对远距离目标反射或辐射的电磁波信息进行收集、处理，并最后成像，从而对目标进行探测和判定的一种综合技术。

可在全球层面揭示地球表面各要素的空间分布特征与时空变化规律。

遥感技术具有监测范围广、速度快、成本低，且便于进行长期的动态监测等优势，还能发现有时用常规方法难以揭示的污染源及其扩散的状态，它不但可以快速、实时、动态、省时省力地监测大范围的大气环境变化和大气环境污染，也可以实时、快速跟踪和监测突发性大气环境污染事件的发生、发展，以便及时制定处理措施，减少大气污染造成的损失。

随着大气环境问题日趋严重以及遥感技术比传统的环境监测技术和监测台站具有无可比拟的优越性，遥感监测作为大气环境管理和大气污染控制的重要手段之一，在大气环境污染监测方面得到了迅速发展。

2 大气环境遥感监测技术的基本原理大气环境遥感是利用遥感传感器来监测大气结构、状态及变化，不需要直接接触目标而进行区域性的跟踪测量，能够快速地进行污染源的定点定位，从而获得全面的综合信息。

大气环境遥感监测指监测大气中的臭氧（O₃）、CO₂、SO₂、甲烷(CH4)等痕量气体成分以及气溶胶、有害气体等的三维分布。

这些物理量通常不可能用遥感手段直接识别，但由于水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成分具有各自分子所固有的辐射和吸收光谱特征，通过选择合适的波段来测量大气的散射、吸收及辐射的光谱，然后，从其结果中推算出污染气体的成分。

光栅光谱仪的自由光谱范围

光栅光谱仪自由光谱范围与应用技巧光栅光谱仪是一种重要的光学仪器，被广泛应用于各种光学应用，如光谱分析、光谱测量、光谱成像等。

其中，自由光谱范围是光栅光谱仪的一个重要参数，它决定了光谱仪能够测量的光谱范围。

一、自由光谱范围的定义自由光谱范围（Free Spectral Range，简称FSR）是指光栅光谱仪在一定的衍射阶数下，相邻两个光谱峰之间的频率差。

换句话说，自由光谱范围表示了光谱仪能够分辨的最小光谱间隔。

二、自由光谱范围的计算自由光谱范围的计算公式为：FSR = (m × d × f) / (n × d) = m × f / n其中，m是衍射阶数，d是光栅常数，f是光源的频率，n是光栅的刻线数。

三、自由光谱范围的影响因素1.光栅常数：光栅常数是光栅的一个重要参数，它决定了光栅的衍射能力。

一般来说，光栅常数越大，光栅的衍射能力越强，自由光谱范围也就越大。

2.衍射阶数：衍射阶数是光栅光谱仪的一个重要参数，它决定了光栅的分辨率。

一般来说，衍射阶数越高，光栅的分辨率越高，自由光谱范围也就越大。

3.光源频率：光源频率是影响自由光谱范围的另一个重要因素。

一般来说，光源频率越高，自由光谱范围也就越大。

4.光栅刻线数：光栅刻线数是光栅的一个重要参数，它决定了光栅的精度和稳定性。

一般来说，光栅刻线数越多，光栅的精度和稳定性越高，自由光谱范围也就越大。

四、自由光谱范围的应用1.光谱分析：自由光谱范围是光栅光谱仪进行光谱分析的重要参数之一。

通过测量不同波长的光强分布，可以确定物质的光谱特征和组成。

2.光谱测量：利用自由光谱范围较大的光栅光谱仪，可以测量出不同波长的光强和相位等参数，从而得到被测物质的光谱数据。

3.光谱成像：通过测量不同波长的光强分布，可以形成被测物质的光谱图像。

这种技术被广泛应用于医学、生物、环境等领域。

4.激光器调谐：利用自由光谱范围较大的光栅光谱仪，可以测量出不同波长的激光器输出功率和相位等参数，从而实现对激光器的精确调谐。

孙延庆：TDLAS遥测研究开题报告

TDLAS烟囱遥测的文献综述和研究设想一、用于大气痕量气体遥测的主要光谱学技术目前见诸报道的关于遥测的技术主要用于大气中痕量气体的测量。

在大气痕量气体的遥测技术中，目前主要有紫外/可见波段的差分光学吸收光谱学（DOAS）、差分吸收激光雷达（DIAL）、红外波段的傅里叶变换光谱（FTIR）和可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）四种光谱技术[1]。

下面分别简单叙述：1.差分光学吸收光谱学（DOAS）差分光学吸收光谱技术（DOAS）是一种通过测量经过大气分子衰减的吸收光谱，并且在计算机中进行光谱处理的一种分析技术，它对诸如探测器、光谱仪和光源类型等都没有特定要求，对光程也没有限定，因此既可以采用远处放置后向反射镜的开放光路，也可以采用短距离的开放光路。

为了提高检测灵敏度，短距离测量时通常采用多次反射池结构。

而在开放光程大气测量时，由于不存在池壁吸收或损耗等问题，因此特别适用于对大气化学循环中不稳定、短寿命的中间体如自由基的测量，80年代德国马普化学所大气化学部的Cruzten教授采用机载可调谐红外激光差分吸收光谱系统实时测量臭氧洞形成过程中的大气痕量气体，揭示了活性自由基的催化循环反应在臭氧洞形成过程中的作用，从而获得了1995年度诺贝尔化学奖。

近十多年来，DOAS技术的应用已经得到了极大的发展，包括用太阳光、天空散射光作光源的被动DOAS技术，以及测量痕量气体三维浓度分布场的断层扫描DOAS技术，已被广泛应用于各种测量平台如地基、机载、星载和球载平台进行各种大气痕量气体、污染气体和大气垂直廓线的测量[2]。

国内对于差分光谱吸收技术（DOAS）的研究也一直在进行，包括中科院和东南大学[2,3]。

目前，DOAS可以实现工业烟道SO2排放的实时测量，还可以对二氧化氮（NO2)、一氧化氮（NO)、臭氧（O3）、苯（C6H6)、甲苯（C7H8)、甲醛（CH2O)和氨（NH3)等污染气体实施有效的实时监测，DOAS系统还可以同时对烟道的温度、烟气流速、烟尘和含氧量进行监测。