绝对低温辐射计的热红外辐射标准传递方法研究

Thermal infrared radiometric calibration is of critical importance for information quantification of satellite remote sensing of environment. Now, the radiometric standards is based on optical source,or based on absolute cryogenic radiometer only within some limited wavelength points.The calibration technology based on absolute cryogenic radiometer is a new kind of advanced calibration method. It can effectively improve the calibration accuracy of sensors through its shorter calibration chains. In order to establish highly infrared accurate continuous spectral responsivity scale, a new method based on absolute cryogenic radiometer is mentioned.Firstly, we will analyse the principle and characteristic of absolute cryogenic radiometer，and build calibration chains. Secondly, we will research the method of electrical substitution radiometry, and discuss technical proposals of realization for electrical substituted radiometer which can work in normal temperature environment. The method of estimating combined uncertainty for this radiometer is analyzed. At last, we will research the methods how to transfer power standard to luminance standard,and will realize technique of calculating effective emssivities of normal temperature blackbody based on a double channel radiance standard detector. We think that these method can effectively improve the sensor accuracy in locally infrared calibration in our country.

辐射定标技术是热红外遥感信息定量化的关键技术之一。针对现有热红外光谱波段辐射标准基于辐射源，或仅在有限波长点上基于绝对低温辐射计标准等不足，本项目拟探索一种基于绝对低温辐射计的热红外连续光谱辐射标准传递方法。首先，通过对绝对低温辐射计在热红外波段的工作机理和综合特性进行理论分析，建立标准传递链；而后，研究常温电替代定标方法，研制电替代标准传递探测器作为热红外功率标准探测器，实现绝对低温辐射计的连续光谱功率标准的高精度传递；最后，研究电替代功率标准→辐亮度标准的传递方法和常温黑体辐射温度定标，研制双通道标准辐亮度计，实现绝对低温辐射计的热红外光谱亮度标准的高精度传递。预期成果可提高热红外遥感器在发射前的实验室定标精度，降低不确定度，对提高热红外波段定量化遥感水平有着一定意义。

在定量化红外遥感需求牵引下，本项目研究了高精度的红外辐射标准传递方法，将绝对低温辐射计的红外辐射标准传递至辐亮度标准探测器（双通道标准辐亮度计）以及亮度标准光源（常温黑体），并对基于光学微腔的红外探测器定标方法进行了先期探索，具体如下：. （1）对绝对低温辐射计在热红外波段的工作机理和综合特性进行理论分析，确定了从可见光至热红外波段的光辐射标准传递的总体方案。并且，针对用户级的红外傅里叶光谱仪，设计了其等效噪声辐亮度定标方案，为热红外辐射定标系统面向用户级的应用提供了理论和技术支撑。. （2）在研究绝对低温辐射计的光辐射功率测量机理基础上，结合光学微腔理论和技术，探索了利用其高Q值的光学非线性效应与电替代探测器相结合，实现高精度红外辐射定标的可能性。此外，设计了具有三层膜结构的光学晶体微腔及其加工装置，能够消除光学微腔在红外辐射定标中的热漂移，提高红外遥感器在常温环境下定标精度。. （3）研究了常温电替代定标方法，设计和研制了一种基于热电堆芯片的单片反射式陷阱探测器作为热红外标准传递探测器，并利用波长可调谐激光器和红外光谱比较系统对其综合特性进行了标定，实现了基于绝对低温辐射计的连续光谱功率标准的高精度传递。. （4）对基于标准探测器的黑体辐射定标方法进行了研究，并采用消色差离轴反射式光路结构和液氮制冷光机系统，通过有限元软件仿真，设计和研制了双通道标准辐亮度计，直接测量常温黑体的绝对辐亮度，实现了基于绝对低温辐射计的热红外光谱亮度标准的高精度传递。. （5）开展了系列化的溯源于绝对低温辐射计的可见—热红外波段辐射标准传递实验，并与北京环境特性研究所的光学辐射重点实验室等单位进行合作，进行了标准传递探测器比对实验研究，并制定了规范化的定标操作流程和不确定度评估方法。. 本项目的研究成果可提高光学遥感器在发射前的实验室定标精度，降低不确定度，对提高热红外波段定量化遥感水平有着一定意义。