【摘 要】
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空间外差干涉光谱技术是在迈克尔逊干涉仪基础上发展起来的新型干涉光谱技术,具备静态干涉一体化、高光通量、高光谱分辨率等特点,在大气参量特征光谱探测领域具有重要的研究意义与应用价值。在对高时空分辨率温室气体定量探测的迫切需求以及大气主要温室气体监测仪（Greenhouse-gases Monitoring Instrument,GMI）成功探测的基础上,本文将空间外差干涉光谱技术和二维成像技术相结合,
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空间外差干涉光谱技术是在迈克尔逊干涉仪基础上发展起来的新型干涉光谱技术,具备静态干涉一体化、高光通量、高光谱分辨率等特点,在大气参量特征光谱探测领域具有重要的研究意义与应用价值。在对高时空分辨率温室气体定量探测的迫切需求以及大气主要温室气体监测仪（Greenhouse-gases Monitoring Instrument,GMI）成功探测的基础上,本文将空间外差干涉光谱技术和二维成像技术相结合,提出一种新型的时空联合调制空间外差干涉成像光谱技术（Temporally and Spatially Modulated Spatial Heterodyne Interference Imaging Spectrometer,TS-SHIS）,实现对大气光谱进行高光谱分辨率、高空间分辨及高时间分辨的探测能力。本文以时空联合调制空间外差干涉成像光谱技术为研究对象,围绕TS-SHIS调制机理、CO2探测仪样机仿真设计与实验平台搭建、推扫成像实验与数据处理方法研究、光谱误差源分析与校正等研究内容展开,具体内容如下:（1）TS-SHIS探测机理研究在对TS-SHIS调制机理研究基础上,建立了与时间参量相关的干涉调制函数;阐明了 TS-SHIS系统内空间分辨率与幅宽表达式。建立了 TS-SHIS系统的数据处理流程与算法开展相关研究,面向系统应用场景与需求,重点对推扫图像高精度配准方法、干涉数据校正开展了理论研究。（2）TS-SHIS仿真设计与实验平台搭建以近红外波段（1568-1583nm）CO2吸收带光谱为探测对象,对TS-SHIS样机进行模型构建和仿真研究,包含均匀目标和非均匀目标。仿真结果验证了TS-SHIS进行CO2吸收光谱探测方案的可行性、数据处理流程与方法的正确性。设计并搭建了 TS-SHIS CO2光谱仪实验平台,并对实验平台进行了初步的光谱和几何定标:光谱分辨率为0.38cm-1、光谱范围1569～1584nm,空间分辨率为0.0205°,空间维视场角为±4.1°,镜头畸变不高于-0.28%。（3）TS-SHIS样机推扫成像实验与数据处理方法研究提出的推扫图像自适应条纹模板构建方法,解决了推扫图像高精度配准难题;新型高频外差干涉数据平场校正法,避免由于图像配准偏差导致复原光谱失真的情况;基于干涉数据强度补偿的盲元校正算法,在无均匀辐射定标场地时仍可进行盲元的识别与校正。分别在室内和室外开展了推扫成像实验,并利用上述数据处理算法对实验数据进行校正,验证了算法的有效性。（4）TS-SHIS误差影响因素分析与校正以相对光谱二次误差（Relative Spectral Quadratic Error,RQE）为评价函数,讨论了时空联合调制过程中,平台振动、推扫方向误差以及指向镜定位误差对目标复原光谱精度的影响。结合高轨高时空分辨温室气体探测载荷的应用需求,以MODIS实测中国典型区域的地表反射率为例,讨论了不同空间分辨率下地表反射率差异对光谱失真的影响,为TS-SHIS星载探测系统实现不同空间分辨率需求下的温室气体探测及遥感应用提供技术基础。
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