星载高光谱成像光谱仪狭缝函数测试方法的研究

缝 函数描述的精度 ，因此高精度 的狭 缝函数测 量对 星载大气
引 言
近年来利用高光谱 成像技 术¨ １ ］ 获取探 测物 体空 间信息 和光谱 信息的方法逐渐成为空 间环境探测 的 主要 手段 之一 ，
尤 其在气象观测和环境监测领域得 到广泛 应用 。
微量 成分探测仪起着 至关 重要 的作 用 。２ ０ ０ ４年搭 载 于 Ａｕ ｒ ａ
现 我 国对 大气 微 量 成 分 全 球 探 测 。
Ｉ Ｘ） ＡＳ算法 以比尔定律 为基 础 ， 根 据分子瑞 利散射 和吸
收随波长变化 的差 异提取出 目标气体 的总量信息 。星 载大气 微量成分探测 仪的定标是 产 品高精度定 量化 的前 提和基 础 ， 其 中一项 主要 的定 标是 高光谱 仪器 狭缝 函数 的测 量ｌ ＿ ８ ＿ ９ ］ 。差 分 吸收光谱仪 数据反演 的精度在很大程度 上取决于对仪器狭
具有高分辨率 和 色散 率 的特 点 ，适 用 于 仪器 狭 缝 函数 的测
量。
为满足我 国环境污染监测 的迫切 需求 ，研制 了风云卫星 高光谱大气微量成份探测仪 Baidu Nhomakorabea高光谱大气微 量成份探 测仪是 以差分光学 吸 收光谱 法 Ｉ Ｘ） ＡＳ ［ ７ ＿ （ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐ —
基金项 目：北京市科技委员会项 目（ ｚ １ ５ １ １ ０ Ｏ ｏ ｏ ３ ６ １ ５ （ ） （ ］ １ ） 资助
作者简 介： 毛靖华 ， １ ９ ９ ０ 年生，中国科学 院大学博士研究生
＊通 讯 联 系 人 ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｗｙ ｍ＠ ｎ Ｓ Ｓ Ｃ ． ａ ｃ ． ｃ ｎ
ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｒ ｅ ｎ ｎ ｅ １ ２ ３ ０ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ
ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ） 为探测原理 的成像 光谱仪 。高光谱 大气微
为 了满足 大气 微量成分高精度测量 需求 ， 要求 准确描 述
星载高光谱 大气微量成份探测仪 的仪器狭缝 函数 ，针对 有效
载荷视场 大、波段 宽 、空 间分辨 率 和光 谱 分辨 率 高等 特点 ，
方法 。
关键词
狭缝 函数 ； 高光谱成像 光谱 仪 ；大气微 量气体 ；中阶梯衍射光栅
文献标识码 ： Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ４ ￣． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ — １ ２ ８ ６ — ０ ５
中图分 类号 ： ＴＨ７ ４ ４
研制 了狭缝 函数测量仪 。 本 文主要介绍所 研制 的狭缝 函数测 量仪 的工作原理 ， 并对 高光谱大气微量 成份探测 仪进 行全视 场 的狭缝 函数特性测量 。
量成份探测仪 探测光谱 范 围 ３ ７ ５ ５ ０ ０ ｎ ｍ，总视 场 １ １ ２ 。 ，光
谱分辨率约 ０ ． ４ ～Ｏ ． ６ ｎ ｍ，通过在卫 星上探 测大气 后 向散射 辐射 ，利用 Ｉ Ｘ） Ａ Ｓ算法 解析微量气体成分 的分布 和变化 ，实
星载 高 光 谱成 像 光 谱 仪 狭 缝 函数 测 试 方 法 的研 究
毛靖华 。 ， 王咏梅 弘， 石恩 涛 ，张仲谋 ，江 芳
ｌ ＿中国 科 学 院 国家 空 间 科 学 中心 ，北 京 １ ０ ０ １ ９ ０
２ ．中国科学院大学 ， 北京
１ ０ ０ ０ ４ ９
摘
要 为 了满足大气微量成分 高精度测量需求 ，需要能 准确描述 星载高 光谱 大气微 量成份 探测 仪 的仪器 狭缝 函数 。 针对高光谱 大气 微量成份探测仪视场 大、 波段宽 、 空 间分辨率 和光 谱分辨率高 等特点 ， 研制 了狭 缝函数测量仪 。 介 绍了狭缝 函数测量仪 的工作 原理及 基本 结构 ，并 利用狭 缝 函数 测量 仪可 同时 实现高 分辨 率、 宽谱段测 量的特点 ， 通过搭建定 标装置 ， 对 高光谱大气微量成份探测 仪进行全视场 的狭缝 函数测试 ， 得 出了仪器狭缝 函数 的数学表达式 ， 给 出仪器狭缝 函数的特性分布 ，并对结果进行 分析 。 测试 结果 表 明：高光 谱大气微量成份探测仪全视 场光谱 分辨率在 ０ ． ４ ２ ３ ￣０ ． ５ ９ ７ ｎ ｍ之 间 ， 其 狭缝 函数特性 曲线 近似 满足 高斯分 布规律 。由于星载大视场成像光谱仪存 在光谱弯 曲现象 ，从 而导致 边缘 视场分 辨能 力略低 于 中心视 场分 辨 能力 。 狭缝 函数测量仪是基于 中阶梯衍射 光栅 设计 ， 可 同时输出多条高分 辨率 谱线 ， 且 分布均匀 ， 不 仅可 以 测量高光谱成像光谱 仪的仪器狭缝 函数 ， 也可对 星载高 光谱仪 器光谱 定标 ，为后续 研究 提供 了参考 依据 和
卫 星上的臭氧监测仪 Ｏ ＭＩ （ ｏ ｚ ｏ ｎ ｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｒ ）研制 专 用的基于 中阶梯光 栅 分光 原理 的衍射 装 置＿ １ “ 进 行仪 器 狭
缝 函数测量 。中阶梯光 栅有 较少 的线 密度 和较 大 的 闪耀 角 ，
第３ ７ 卷 ， 第４ 期
２ ０ １ ７年 ４月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
Ｖｏ １ ． ３ ７ ， Ｎｏ ． ４ 。 ｐ ｐ １ ２ ８ ６ — １ ２ ９ ０ Ａｐ ｒ ｉ ｌ ，２ ０ １ ７
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５ — １ ２ — ０ ２ 。修 订 日期 ：２ ０ １ ６ — ０ ４ — ２ ６
狭缝 函数测量仪 的简介
１ ． １ 狭 缝 函数 测 量 仪 的 工 作 原 理
狭缝 函数测量仪 的光学示意 图如 图 １ 所示。 这 里前光 学 系统用有效面积 为 Ａｏ的单 透镜 代替 。