星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光谱定标技术研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
为应对我国环境污染问题的迫切性，推 动 卫 星 遥 感 技 术 应用，开展了 星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪 的 研 制 工 作。大气痕量气体差 分 吸 收 光 谱 仪 属 于 推 扫 式 成 像 光 谱 仪， 结合了被动差分吸收光谱技 术 和 Ｏｆｆｎｅｒ结 构 成 像 光 谱 技 术， 搭载在极地轨道卫星上，可以 实 现 一 日 全 球 覆 盖 监 测。仪 器 探测地球大气 或 表 面 反 射、散 射 的 紫 外／可 见 光 辐 射，利 用 差分吸收光谱算法解析痕量污染气 体 成 分 ＮＯ２，ＳＯ２，Ｏ３ 等 的分布和变化［２］，为我国卫星提供能监测 我 国 及 全 球 的 关 键 大气成份和各种痕量污染组分的有效载荷。
２ 光 谱 定 标 实 验 及 结 果
２．１ 光 谱 定 标 方 法 常用的光谱定标方法包括标准谱线法和单色准直光法。
单色准直光法利用连续输出的单色准直 光 作 为 定 标 光 源 ，对 仪器的光谱响应进行标定，具 有 定 标 精 度 高、实 用 性 强 的 优 点。标准谱线法利用汞灯、钠灯 等 标 准 灯 的 发 射 谱 线 对 仪 器 进行标定，具有结构 简 单、易 操 作 的 优 点，可 以 实 现 光 谱 分 辨 率 较 高 且 线 性 色 散 仪 器 的 波 长 标 定［７］。
＊ 通 讯 联 系 人 ｅ－ｍａｉｌ：ｗｑｌｉｕ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ
２８８２
光谱学与光谱分析 第３２卷
器分为 四 个 观 测 通 道，分 别 为 ２４０～３１５，３１１～４０３，４０１～ ５５０ 和 ５４５～７１０ｎｍ，光 谱 分 辨 率 ０．３～０．５ｎｍ，光 谱 定 标 精 度 要 求 优 于 ０．０５ｎｍ。
分，其中光谱定标确定仪器光 谱 特 性 指 标 段，是 仪 器 进 行 辐 射定标的前提，也是提高成像光谱测量数 据 可 信 度 的 重 要 依 据。
由于星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的观测视场大， 不可避免的存在谱线弯曲的现象［４］，并且 实 际 工 作 中 只 能 保 证谱线两端与一行探测器像元对齐，且谱 线 弯 曲 并 不 能 调 整 到完全对称。因此，对 于 仪 器 的 光 谱 定 标 工 作，需 要 标 定 全 视场每个像元的工作中心波长，确定波长 随 空 间 维 和 光 谱 维 分 布 的 矩 阵 表［５］。
周海金１，２，刘文清２＊ ，司福祺２，赵敏杰２，江 宇２，薛 辉２
１．中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 ２３００２６ ２．中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室 ，安徽 合肥 ２３００３１
摘 要 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪用于遥感 监 测 痕 量 气 体 的 全 球 分 布 。该 载 荷 探 测 地 球 大 气 或 表 面反射、散射的紫外／可见光辐射，利用差分吸收光谱算 法 来 解 析 痕 量 污 染 气 体 成 分 的 分 布 和 变 化 。光 谱 定 标是仪器遥感数据定量化的前提和基础，定标 的 精 度 直 接 决 定 了 仪 器 研 制 和 应 用 水 平 的 高 低 。针 对 星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪 视 场 大 、波 长 宽 、空 间 分 辨 率 和 光 谱 分 辨 率 高 的 特 点 ，提 出 了 相 应 的 光 谱 定 标 方 法，建立了定标装置，通过寻峰和回归分析计算光谱定标方程，实现了对载荷的全视场光 谱 定 标 工 作。并 利 用太阳光的夫琅禾费线对定标精度进行了检验。
Ｆｉｇ．１ Ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ ｏｆ ＵＶ ｃｈａｎｎｅｌ １ｏｆ ｓｐａｃｅ－ｂｏｒｎｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
Ｆｉｇ．２ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｉｎｅｓ ｏｆ ＰｔＣｒＮｅ ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ ｌａｍｐ ｉｎ ２２０～７２０ｎｍ ｒａｎｇｅ
Leabharlann Baidu
关 键 词 星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪 ；光 谱 定 标 ；夫 琅 禾 费 线 中 图 分 类 号 ：Ｏ４３３．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１２）１１－２８８１－０５
引 言
成像光谱仪 是 在 多 光 谱 成 像 遥 感 仪 器 的 基 础 上 ，从 ２０ 世纪８０年代初发展 起 来 的 新 一 代 光 学 遥 感 仪 器。成 像 光 谱 数据的应用，推动了星载成像 光 谱 仪 的 研 制 与 应 用［１］，目 前 已经有多颗成像光 谱 仪 器 在 轨 运 行，应 用 于 地 球 大 气 遥 感， 包括 ＳＣＩＡＭＡＣＨＹ 和 ＯＭＩ等。但我国目前还未有 类 似 环 境 监测仪器在轨运行。
在仪器后期实际应用阶段，星载大气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光谱仪的定标是遥感数据定量化的前提 和 基 础，遥 感 数 据 的 可靠性在很大程度上取决于仪器定标的 精 度。定 标 的 精 度 直 接决定了仪器研制和应用水平的高低［３］。光 谱 定 标 和 辐 射 定 标是星载大气痕量气体差分吸收光谱仪地面定标的重要部
针对星载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪 视 场 大 、波 长 宽、空间分辨率和光谱分辨率 高 的 特 点，本 研 究 作 了 相 应 的 光谱定标方法，搭建了一套光 谱 定 标 实 验 装 置，实 现 了 仪 器 全视场精确光谱定标，并分析 了 定 标 不 确 定 度。最 后 利 用 太 阳光的夫琅禾费线对定标精度进行了检验。
收 稿 日 期 ：２０１２－０５－１０，修 订 日 期 ：２０１２－０７－１５ 基 金 项 目 ：公 益 性 行 业 （气 象 ）科 研 专 项 经 费 （ＧＹＨＹ２０１１０６０４５－１）资 助 作 者 简 介 ：周 海 金 ，１９８６ 年 生 ，中 国 科 学 技 术 大 学 博 士 研 究 生 ｅ－ｍａｉｌ：ｈｊｚｈｏｕ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 的 观 测 视 场 大，达 到 １１４°，观测波长范围宽，覆盖２４０～７１０ｎｍ，空间分辨 率、光 谱分辨率高。如果采用单色准 直 光 定 标 法 对 全 视 场 定 标 ，需 要配备高精密转台对空间维逐行扫描测 量 光 谱，同 时 需 要 旋 转光栅依次输出２４０～７１０ｎｍ 波段内的单色光，相 应 的 定 标 系统搭建复杂，操 作 繁 琐，完 成 全 视 场 全 波 段 定 标 耗 时 长 。 对于标准谱线法，由于该方法 中 漫 透 射 板 的 使 用，一 次 测 量 可覆盖仪器的 １５°观 测 视 场。为 实 现 仪 器 的 全 视 场 定 标，将 定标装置搭建在转台，电机带 动 转 台 旋 转，可 快 速 完 成 全 视
场全波段定标。该定 标 方 法 方 便 易 操 作，定 标 快 捷，同 时 定 标 装 置 结 构 简 单 ，转 台 旋 转 精 度 要 求 低 。
标准谱线定标方法要求定标光源能够发射出足够多的特 征谱 线，分 布 均 匀；谱 线 的 波 长 不 确 定 度 小，带 宽 窄；谱 线 光强适度，以在仪器的动态范 围 内 获 取 较 高 的 信 噪 比。星 载 大气痕量气体 差 分 吸 收 光 谱 仪 的 工 作 波 长 范 围 为 ２４０～７１０ ｎｍ，光谱分辨率为０．３～０．５ｎｍ。为 此，选 择 的 定 标 光 源 为 贺利氏特种 光 源 公 司 定 制 的 ＰｔＣｒＮｅ空 心 阴 极 灯、Ｎｅｗｐｏｒｔ 公 司 生 产 的 ６０３５ 型 低 压 氙 灯 。为 满 足 光 谱 定 标 要 求 ，在 各 个 测量通道内测量合适的定标谱线，紫外通 道 光 谱 定 标 仅 使 用 ＰｔＣｒＮｅ空 心 阴 极 灯。由 于 ＰｔＣｒＮｅ空 心 阴 极 灯 在 ４３６～５８２ ｎｍ 范围内谱线少，单 独 使 用 难 以 满 足 两 个 可 见 通 道 的 定 标 要求，因此在可见光通道定标，采用 ＰｔＣｒＮｅ空心阴极灯、低 压 氙灯结合使用。图２中给出了 ＰｔＣｒＮｅ空心阴极灯在２２０～ ７２０ｎｍ 范围内的谱线图，在 ２４０～４３６ 和 ５８２～７２０ｎｍ 范 围 内，ＰｔＣｒＮｅ空心阴极灯 能 提 供 大 量 谱 线，谱 线 覆 盖 范 围 宽， 分布也比较均 匀。低 压 氙 灯 谱 线 分 布 在 ４３６～５８２ｎｍ 范 围 内 ，其 谱 线 如 图 ３ 所 示 。
１ 星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪通过探测地球大气或 表面反射、散射的 紫 外／可 见 光 辐 射 来 解 析 痕 量 污 染 气 体 成 分 ＮＯ２，ＳＯ２ 和 Ｏ３ 等的分布和变化。仪器的光谱范围２４０～ ７１０ｎｍ，视场１１４°×０．５°。设计飞行 高 度 ７０８ｋｍ，地 面 观 测 范围穿轨方向２ ６００ｋｍ，沿轨 方 向 １３ｋｍ，在 太 阳 同 步 轨 道 进行天地观测、面阵 推 扫，可 以 实 现 一 日 全 球 覆 盖 监 测。仪
仪器光学包括前置望 远 镜、中 继 反 射 系 统、Ｏｆｆｎｅｒ结 构 分光系统和 ＣＣＤ 探测器。前置望远镜系统无摆扫机构，采用 两片偏轴球面镜设计，形 成 １１４°大 视 场。光 线 在 １１４°×０．５° 视场范围下入射到球面主镜上，光线经球 面 主 镜 聚 焦 后 发 散 经球面次镜聚焦到狭缝处。中继光学系统 包 括 中 继 反 射 镜 和 分色片组。中继反射镜将狭缝后形成的发 散 光 束 变 成 汇 聚 光 束后，通过分色片分 光，形 成 四 通 道，经 过 中 继 镜 头 后 分 别 进入相应的 Ｏｆｆｎｅｒ结构分光系统。Ｏｆｆｎｅｒ结构分光系统由入 射狭缝、凹面反射镜、凸 面 光 栅 等 组 成［６］。从 入 射 狭 缝 入 射 的、具有一定发散角的多色光 入 射 到 凹 面 镜，再 由 凹 面 反 射 镜反射到凸面光栅上，凸面光栅衍射的光 束 返 回 到 凹 面 反 射 镜，再经凹面反射镜聚焦到 ＣＣＤ 探测器上。Ｏｆｆｎｅｒ结构分光 系统的设计，实现了光谱维和 空 煎 维 同 时 具 有 高 分 辨 率 ，易 于实现轻型化，适 合 空 间 技 术。ＣＣＤ 探 测 器 采 用 Ｅ２Ｖ 公 司 的帧转移 ＣＣＤ，紫外 通 道 使 用 １ ０２４（Ｈ）×１ ０２４（Ｖ）像 元 探 测器，可见通道使用１ ２５４（Ｈ）×５７６（Ｖ）像 元 探 测 器。其 中 Ｈ 代表光 谱 维，Ｖ 代 表 空 间 维。图 １ 所 示 为 仪 器 紫 外 通 道 １ 的光路图。
第３２卷 ，第１１期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 ２ ０ １ ２ 年 １ １ 月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１１，ｐｐ２８８１－２８８５ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１２
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光谱定标技术研究
Ｆｉｇ．３ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｉｎｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｘｅｎｏｎ ｌａｍｐ
为实现光谱 定 标，建 立 了 光 谱 定 标 装 置 ，如 图 ４ 所 示。 定标装置包括定标灯（包括 ＰｔＣｒＮｅ空心阴极灯、低压氙 灯）、 聚焦透镜、漫透射板和转台。星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱仪放置在转台中心，光源绕 仪 器 入 瞳 旋 转。定 标 光 源 发 出 的光经过透 镜 准 直 照 射 到 漫 透 射 板 上 ，形 成 均 匀 光 进 入 仪 器 ，可 覆 盖 约 １５°视 场 。通 过 转 台 旋 转 ，可 以 对 不 同 空 间 维 的 探 测 器 定 标 。多 次 旋 转 完 成 全 视 场 光 谱 定 标 。 ２．２ 光 谱 定 标 结 果 分 析
２ 光 谱 定 标 实 验 及 结 果
２．１ 光 谱 定 标 方 法 常用的光谱定标方法包括标准谱线法和单色准直光法。
单色准直光法利用连续输出的单色准直 光 作 为 定 标 光 源 ，对 仪器的光谱响应进行标定，具 有 定 标 精 度 高、实 用 性 强 的 优 点。标准谱线法利用汞灯、钠灯 等 标 准 灯 的 发 射 谱 线 对 仪 器 进行标定，具有结构 简 单、易 操 作 的 优 点，可 以 实 现 光 谱 分 辨 率 较 高 且 线 性 色 散 仪 器 的 波 长 标 定［７］。
＊ 通 讯 联 系 人 ｅ－ｍａｉｌ：ｗｑｌｉｕ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ
２８８２
光谱学与光谱分析 第３２卷
器分为 四 个 观 测 通 道，分 别 为 ２４０～３１５，３１１～４０３，４０１～ ５５０ 和 ５４５～７１０ｎｍ，光 谱 分 辨 率 ０．３～０．５ｎｍ，光 谱 定 标 精 度 要 求 优 于 ０．０５ｎｍ。
分，其中光谱定标确定仪器光 谱 特 性 指 标 段，是 仪 器 进 行 辐 射定标的前提，也是提高成像光谱测量数 据 可 信 度 的 重 要 依 据。
由于星载大气痕量气体差分吸收光谱仪的观测视场大， 不可避免的存在谱线弯曲的现象［４］，并且 实 际 工 作 中 只 能 保 证谱线两端与一行探测器像元对齐，且谱 线 弯 曲 并 不 能 调 整 到完全对称。因此，对 于 仪 器 的 光 谱 定 标 工 作，需 要 标 定 全 视场每个像元的工作中心波长，确定波长 随 空 间 维 和 光 谱 维 分 布 的 矩 阵 表［５］。
周海金１，２，刘文清２＊ ，司福祺２，赵敏杰２，江 宇２，薛 辉２
１．中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 ２３００２６ ２．中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室 ，安徽 合肥 ２３００３１
摘 要 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪用于遥感 监 测 痕 量 气 体 的 全 球 分 布 。该 载 荷 探 测 地 球 大 气 或 表 面反射、散射的紫外／可见光辐射，利用差分吸收光谱算 法 来 解 析 痕 量 污 染 气 体 成 分 的 分 布 和 变 化 。光 谱 定 标是仪器遥感数据定量化的前提和基础，定标 的 精 度 直 接 决 定 了 仪 器 研 制 和 应 用 水 平 的 高 低 。针 对 星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪 视 场 大 、波 长 宽 、空 间 分 辨 率 和 光 谱 分 辨 率 高 的 特 点 ，提 出 了 相 应 的 光 谱 定 标 方 法，建立了定标装置，通过寻峰和回归分析计算光谱定标方程，实现了对载荷的全视场光 谱 定 标 工 作。并 利 用太阳光的夫琅禾费线对定标精度进行了检验。
Ｆｉｇ．１ Ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ ｏｆ ＵＶ ｃｈａｎｎｅｌ １ｏｆ ｓｐａｃｅ－ｂｏｒｎｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
Ｆｉｇ．２ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｉｎｅｓ ｏｆ ＰｔＣｒＮｅ ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ ｌａｍｐ ｉｎ ２２０～７２０ｎｍ ｒａｎｇｅ
Leabharlann Baidu
关 键 词 星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪 ；光 谱 定 标 ；夫 琅 禾 费 线 中 图 分 类 号 ：Ｏ４３３．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１２）１１－２８８１－０５
引 言
成像光谱仪 是 在 多 光 谱 成 像 遥 感 仪 器 的 基 础 上 ，从 ２０ 世纪８０年代初发展 起 来 的 新 一 代 光 学 遥 感 仪 器。成 像 光 谱 数据的应用，推动了星载成像 光 谱 仪 的 研 制 与 应 用［１］，目 前 已经有多颗成像光 谱 仪 器 在 轨 运 行，应 用 于 地 球 大 气 遥 感， 包括 ＳＣＩＡＭＡＣＨＹ 和 ＯＭＩ等。但我国目前还未有 类 似 环 境 监测仪器在轨运行。
在仪器后期实际应用阶段，星载大气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光谱仪的定标是遥感数据定量化的前提 和 基 础，遥 感 数 据 的 可靠性在很大程度上取决于仪器定标的 精 度。定 标 的 精 度 直 接决定了仪器研制和应用水平的高低［３］。光 谱 定 标 和 辐 射 定 标是星载大气痕量气体差分吸收光谱仪地面定标的重要部
针对星载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪 视 场 大 、波 长 宽、空间分辨率和光谱分辨率 高 的 特 点，本 研 究 作 了 相 应 的 光谱定标方法，搭建了一套光 谱 定 标 实 验 装 置，实 现 了 仪 器 全视场精确光谱定标，并分析 了 定 标 不 确 定 度。最 后 利 用 太 阳光的夫琅禾费线对定标精度进行了检验。
收 稿 日 期 ：２０１２－０５－１０，修 订 日 期 ：２０１２－０７－１５ 基 金 项 目 ：公 益 性 行 业 （气 象 ）科 研 专 项 经 费 （ＧＹＨＹ２０１１０６０４５－１）资 助 作 者 简 介 ：周 海 金 ，１９８６ 年 生 ，中 国 科 学 技 术 大 学 博 士 研 究 生 ｅ－ｍａｉｌ：ｈｊｚｈｏｕ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 的 观 测 视 场 大，达 到 １１４°，观测波长范围宽，覆盖２４０～７１０ｎｍ，空间分辨 率、光 谱分辨率高。如果采用单色准 直 光 定 标 法 对 全 视 场 定 标 ，需 要配备高精密转台对空间维逐行扫描测 量 光 谱，同 时 需 要 旋 转光栅依次输出２４０～７１０ｎｍ 波段内的单色光，相 应 的 定 标 系统搭建复杂，操 作 繁 琐，完 成 全 视 场 全 波 段 定 标 耗 时 长 。 对于标准谱线法，由于该方法 中 漫 透 射 板 的 使 用，一 次 测 量 可覆盖仪器的 １５°观 测 视 场。为 实 现 仪 器 的 全 视 场 定 标，将 定标装置搭建在转台，电机带 动 转 台 旋 转，可 快 速 完 成 全 视
场全波段定标。该定 标 方 法 方 便 易 操 作，定 标 快 捷，同 时 定 标 装 置 结 构 简 单 ，转 台 旋 转 精 度 要 求 低 。
标准谱线定标方法要求定标光源能够发射出足够多的特 征谱 线，分 布 均 匀；谱 线 的 波 长 不 确 定 度 小，带 宽 窄；谱 线 光强适度，以在仪器的动态范 围 内 获 取 较 高 的 信 噪 比。星 载 大气痕量气体 差 分 吸 收 光 谱 仪 的 工 作 波 长 范 围 为 ２４０～７１０ ｎｍ，光谱分辨率为０．３～０．５ｎｍ。为 此，选 择 的 定 标 光 源 为 贺利氏特种 光 源 公 司 定 制 的 ＰｔＣｒＮｅ空 心 阴 极 灯、Ｎｅｗｐｏｒｔ 公 司 生 产 的 ６０３５ 型 低 压 氙 灯 。为 满 足 光 谱 定 标 要 求 ，在 各 个 测量通道内测量合适的定标谱线，紫外通 道 光 谱 定 标 仅 使 用 ＰｔＣｒＮｅ空 心 阴 极 灯。由 于 ＰｔＣｒＮｅ空 心 阴 极 灯 在 ４３６～５８２ ｎｍ 范围内谱线少，单 独 使 用 难 以 满 足 两 个 可 见 通 道 的 定 标 要求，因此在可见光通道定标，采用 ＰｔＣｒＮｅ空心阴极灯、低 压 氙灯结合使用。图２中给出了 ＰｔＣｒＮｅ空心阴极灯在２２０～ ７２０ｎｍ 范围内的谱线图，在 ２４０～４３６ 和 ５８２～７２０ｎｍ 范 围 内，ＰｔＣｒＮｅ空心阴极灯 能 提 供 大 量 谱 线，谱 线 覆 盖 范 围 宽， 分布也比较均 匀。低 压 氙 灯 谱 线 分 布 在 ４３６～５８２ｎｍ 范 围 内 ，其 谱 线 如 图 ３ 所 示 。
１ 星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱 仪
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪通过探测地球大气或 表面反射、散射的 紫 外／可 见 光 辐 射 来 解 析 痕 量 污 染 气 体 成 分 ＮＯ２，ＳＯ２ 和 Ｏ３ 等的分布和变化。仪器的光谱范围２４０～ ７１０ｎｍ，视场１１４°×０．５°。设计飞行 高 度 ７０８ｋｍ，地 面 观 测 范围穿轨方向２ ６００ｋｍ，沿轨 方 向 １３ｋｍ，在 太 阳 同 步 轨 道 进行天地观测、面阵 推 扫，可 以 实 现 一 日 全 球 覆 盖 监 测。仪
仪器光学包括前置望 远 镜、中 继 反 射 系 统、Ｏｆｆｎｅｒ结 构 分光系统和 ＣＣＤ 探测器。前置望远镜系统无摆扫机构，采用 两片偏轴球面镜设计，形 成 １１４°大 视 场。光 线 在 １１４°×０．５° 视场范围下入射到球面主镜上，光线经球 面 主 镜 聚 焦 后 发 散 经球面次镜聚焦到狭缝处。中继光学系统 包 括 中 继 反 射 镜 和 分色片组。中继反射镜将狭缝后形成的发 散 光 束 变 成 汇 聚 光 束后，通过分色片分 光，形 成 四 通 道，经 过 中 继 镜 头 后 分 别 进入相应的 Ｏｆｆｎｅｒ结构分光系统。Ｏｆｆｎｅｒ结构分光系统由入 射狭缝、凹面反射镜、凸 面 光 栅 等 组 成［６］。从 入 射 狭 缝 入 射 的、具有一定发散角的多色光 入 射 到 凹 面 镜，再 由 凹 面 反 射 镜反射到凸面光栅上，凸面光栅衍射的光 束 返 回 到 凹 面 反 射 镜，再经凹面反射镜聚焦到 ＣＣＤ 探测器上。Ｏｆｆｎｅｒ结构分光 系统的设计，实现了光谱维和 空 煎 维 同 时 具 有 高 分 辨 率 ，易 于实现轻型化，适 合 空 间 技 术。ＣＣＤ 探 测 器 采 用 Ｅ２Ｖ 公 司 的帧转移 ＣＣＤ，紫外 通 道 使 用 １ ０２４（Ｈ）×１ ０２４（Ｖ）像 元 探 测器，可见通道使用１ ２５４（Ｈ）×５７６（Ｖ）像 元 探 测 器。其 中 Ｈ 代表光 谱 维，Ｖ 代 表 空 间 维。图 １ 所 示 为 仪 器 紫 外 通 道 １ 的光路图。
第３２卷 ，第１１期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 ２ ０ １ ２ 年 １ １ 月 Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎｄ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ
Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１１，ｐｐ２８８１－２８８５ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１２
星载大气痕量气体差分吸收光谱仪光谱定标技术研究
Ｆｉｇ．３ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｌｉｎｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｘｅｎｏｎ ｌａｍｐ
为实现光谱 定 标，建 立 了 光 谱 定 标 装 置 ，如 图 ４ 所 示。 定标装置包括定标灯（包括 ＰｔＣｒＮｅ空心阴极灯、低压氙 灯）、 聚焦透镜、漫透射板和转台。星 载 大 气 痕 量 气 体 差 分 吸 收 光 谱仪放置在转台中心，光源绕 仪 器 入 瞳 旋 转。定 标 光 源 发 出 的光经过透 镜 准 直 照 射 到 漫 透 射 板 上 ，形 成 均 匀 光 进 入 仪 器 ，可 覆 盖 约 １５°视 场 。通 过 转 台 旋 转 ，可 以 对 不 同 空 间 维 的 探 测 器 定 标 。多 次 旋 转 完 成 全 视 场 光 谱 定 标 。 ２．２ 光 谱 定 标 结 果 分 析