多光谱成像与红外探测传感器总体技术方案.docx

多光谱成像与红外探测传感器技术方案报告 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 引言 3 2 多光谱成像技术的发展状况 3 2.1 多光谱成像技术的特点 3 2.2 多光谱成像遥感仪器 4 3 多光谱成像与红外探测传感器总体技术方案 16 3.1 研究目标和主要技术指标要求 16 3.2 系统总体技术方案 16 3.2.1 系统组成 16 3.2.2 系统工作原理 17 3.3 光谱范围和波段选择 17 3.3.1 光谱范围 17 3.3.2 波段数 18 3.4 探测器选择 20 3.4.1 可见光/近红外焦平面探测器 20 3.4.2 短波红外焦平面探测器 21 3.4.3 长波红外焦平面探测器 21 3.5 光学系统设计 22 3.5.1 光学系统选型 22 3.5.2 光谱分光方法 23 3.5.3 光学系统技术指标 24 3.6 结构设计 25 3.7 前端电子学系统 26 3.8 后端信息处理与控制系统 28 3.9 系统探测灵敏度和动态范围 30 3.9.1 可见/近红外、短波红外通道 31 3.9.2 长波红外通道 31 3.9.3 探测通道的动态范围 32 3.10 系统主要技术性能指标 32 4 关键技术分析 34 4.1 红外焦平面探测器及其空间应用技术 34 4.2 集成滤光片技术 34 4.3 指向机构的空间适应性 35 4.4 轻量化宽波段成像光学系统技术 35 5 系统性能指标测试方法 35 5.1 光谱分辨率测试 35 5.2 空间分辨率测试 36 5.3 探测灵敏度测试 36 5.4 外场成像试验 36 6 结论 37 1 引言 在遥感技术中，光谱分析技术仪以获得被观测目标的光谱信息为目标，具有较高的光谱分辨率，二维成像技术以获取被观测目标的二维空间信息为目标，具有较高的空间分辨率。随着遥感技术和应用的发展，开发高空间分辨率和高光谱分辨率的“图谱合一”的遥感技术成为必然趋势。20世纪80年代出现的光谱成像技术正是这种全新的光电遥感技术，光谱成像技术的实质是将二维成像遥感技术和光谱分析技术有机地结合在一起，在实现对观测目标进行二维形态成像的同时，可以获取观测目标的连续光谱信息。利用光谱成像技术获取的遥感信息中，既包含观测目标的二维空间信息，也包含观测目标丰富的光谱特征信息。光谱成像技术经过二十多年的发展，技术水平日趋成熟，在航空航天遥感领域得到了广泛应用，世界各国都非常重视成像光谱技术的发展。 2 多光谱成像技术的发展状况 2.1 多光谱成像技术的特点 利用多光谱成像技术能够对观测目标进行精细探测，获得高灵敏度、高分辨率的信息，技术特点表现在以下几个方面。 1) 波段多 光谱成像技术基本上属于多光谱扫描技术的范畴，不同之处在于光谱成像技术扫面的波段数目大大增加，在可见光和近红外光谱区间内一般可以有几十甚至数百个波段，在每一个通道上，按照波长排列顺序都可以得到该波段被观测目标的光谱曲线和图像。如果对每个波段成像时的时间信息进行测量，那么每一个通道的像元就可得到一个影像光谱曲面。 2) 光谱分辨率高 采用光谱成像技术对光谱进行扫描时，光谱间隔一般优于20nm。光谱间隔越小，光谱分辨率越高，精细的光谱分辨率可以反映被测目标光谱的细微特征，使得在光谱域内进行遥感定量分析和研究被测目标的化学成分成为可能。 3) 图像和光谱合二为一 在获取被观测对象二维空间信息的同时，在连续光谱段上对同一被观测目标进行分光谱成像。光谱图像数据中每一个像元含有与被观测目标组分有关的光谱信息，能直接反映出目标的光谱特征，使得图像信息和光谱信息二者有机地结合在一起。光谱波段选择、光谱定位精度和通道带宽可以根据应用目标确定，提高应用目标的针对性和准确性。 由于多光谱成像技术具有波段多、光谱分辨率高、图像和光谱相结合等特点，在人类对地观测领域中显示出了突出的优势，成为许多对地观测卫星遥感有效载荷的核心技术之一，已逐渐应用于大气、海洋、环境等变化的观测，受到各国的极大重视。 2.2 多光谱成像遥感仪器 光学成像遥感仪器的发展历程如图1所示。 图1 遥感仪器成像技术发展概况 采用单元探测器和扫描系统的光学成像遥感仪器是光学成像技术在空间应用的开始阶段。比较典型的代表产品为可见红外扫描辐射计。应用于美国NOAA卫星的扫描辐射计Advanced Very High Resolution Radiometer（AVHRR）具有可见、近红外、中红外、热红外波段探测能力，可见光至近