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空间外差光谱技术是一种新型超分辨空间干涉型光谱技术,采用两衍射光栅代替迈克尔逊干涉仪中的两个平面反射镜,利用面阵探测器进行干涉条纹数据采集。空间外差光谱仪的基本原理是两束光的空间相干,其定标原理和方法区别于传统的色散型光谱仪与干涉型光谱仪,该类型光谱仪的定标技术还十分不成熟。本文针对空间外差光谱仪的光谱与辐射定标进行系统研究,建立了完整的定标流程。
空间外差光谱仪获取的原始数据并非直接的光谱信息,而是不同形式的干涉条纹。因此,开展定标前需对其进行光谱复原处理。针对空间外差光谱仪数据特点,分别开展了探测器均匀性校正、相位误差修正、以及干涉图充零等算法的研究,有效解决了干涉图外差调制过程中所引入的噪声对复原光谱的影响,获取了理想的原始复原光谱数据,大大提高了光谱与辐射定标精度。
从空间外差光谱仪干涉机理出发,分析总结了波长与光谱分辨率定标基本原理,并设计搭建了可调谐激光器加消散斑积分球全新光谱定标装置,进行了通道光谱扫描定标实验,获取了波长定标系数以及干涉图最大光程差数值。利用元素谱线灯和气体吸收池对光谱定标结果进行了验证,最终波长定标不确定度为0.05cm-1。针对空间外差光谱仪辐射定标,研究了系统基频与辐射定标之间的关系,并对相对辐射定标与绝对辐射定标原理进行了论述,开展了挡光臂相对辐射定标实验与积分球加光谱辐亮度计绝对辐射定标实验,获取了辐射定标系数,最终绝对辐射定标合成不确定度为3.98%。
为验证空间外差光谱仪定标结果,将定标系数应用于空间外差光谱仪实测的地基CO2吸收光谱数据,定标后的吸收光谱数据与理论模拟谱相互吻合,表明本文所研究的空间外差光谱仪定标方法的可行性和先进性。