快速成像光譜系統(tǒng)

trwis-3包括一個含有一對視軸相互平行的光柵光譜儀的傳感器和兩個電氣盒。可見光/近紅外(vnir)光譜儀的波段范圍是400nm~1000nm，短波紅外(swir)光譜儀的波段范圍是900nm~2500nm。每個光譜儀都含有一套將景物成像到狹縫的折射式前置光學系統(tǒng)。通過狹縫的光被一個平面光柵在狹縫垂直的方向進行色散，然后成像在一個兩維焦平面陣列上。沿狹縫方向的陣列提供空間景物信息，另一方向的陣列(狹縫光沿此陣列方向色散)提供光譜信息。沿垂直狹縫的方向推掃狹縫的像并依次存儲焦面陣列(fpa's)所收集的空間/光譜信息，就可以產(chǎn)生一個2維的每個像素有384個譜段的空間影像。對vnir光譜儀，波段寬5nm;對swir光譜儀，波段寬度6.25nm ，trwis-3的主要性能參數(shù)列于表1。

表1 trwis-3性能表

參 數(shù) 性 能

質(zhì)量(傳感器探頭)/kg <39

電源(28v直流)/w <800

瞬時視場/mrad 0.9

全視場/(°) 13.1(256橫向像素)

光譜通道數(shù) 384

波長范圍/nm 400~2 500

光譜波段寬度/nm 5(vnir)，6.25(swir)

光譜波段純度 <24%(相鄰通道)，<3%(隔兩個通道)， <2%(隔三個通道或更遠)

橫跡光譜誤差/nm <1.0(vnir)，<1.3

光譜通道的空間配準 小于瞬時視場的20%

幀速率/hz 15，30或60

位置/m <5(當可得到差分信號時)

指向/μrad <100(滾動、傾斜和偏航)

絕對輻射測量精度 <5%(1σ)

光譜標定精度/nm <1.0

像素-像素相對定標 <2%

量化/bit 12

數(shù)據(jù)存儲能量/gb 16

trwis-3的整套設備包括飛行時對vnir和swir光譜儀進行定標的定標源(ifcs)、星載"全球定位系統(tǒng)"(gps)、用于確定指向慣性、儀器控制和高速數(shù)據(jù)存儲器以及微機(一臺)。

由于軍事和國民經(jīng)濟的需要，近年來空間(對地)光學遙感技術取得迅猛地發(fā)展，各種各樣的光學遙感器應運而生，并且技術性能也飛快的得到提高和完善。成像光譜儀的發(fā)展就是其中明顯的例子之一。

常用的"空間分辨率"法是利用物質(zhì)的形態(tài)特征來區(qū)分它們。這個方法以前、現(xiàn)在和將來仍然是識別物質(zhì)的非常重要的手段，但它不總是高效率的。例如，對海水中葉綠素濃度的測量單靠形態(tài)學的特征，其測量精度往往是很低的。然而若利用物質(zhì)光譜特征法來解決，便可得到人們極其滿意的結果。

眾所周知，任何兩種不同的物質(zhì)決不會有完全相同的光譜特性曲線。反之，任何一種物質(zhì)也決不會有兩種不同的光譜特性曲線。也就是說物質(zhì)的光譜特性曲線是唯一的。于是，人們把光譜分辨率和空間分辨率結合起來，便具有了更高的探測和識別物質(zhì)的能力。因此，成像光譜儀的產(chǎn)生及其飛速發(fā)展是顯而易見的。

利用光譜圖像數(shù)據(jù)可以識別和區(qū)分地面物質(zhì)，但在工程實施上其光譜"采樣"問題還必須滿足下述3條基本要求:

采樣的光譜波段必須窄到足以分辨物質(zhì)狹窄的特征峰。顯然波段越窄對物質(zhì)的分辨能力越強;

具有足夠數(shù)量的光譜波段且各波段盡量相互鄰接;

還應具有一定寬的光譜范圍以實現(xiàn)光譜圖線的整體性。

上述3條基本要求是相對的以任務需求而定的，但對trwis-3來講，這3頂指標均已達到很高的水平。

trw公司講，他們設計trwis-3的目的有兩個:第一，作為研究分類的儀器，使它能夠在400nm~2500nm的波長范圍內(nèi)建立精確的超光譜數(shù)據(jù)庫;第二，作為研制實用型超光譜儀器的第一件商品。它是一臺高性能儀器，除極高的信噪比(snr)和所有的光譜通道能同時工作外，其還有gps定位數(shù)據(jù)，精確的輻射定標可搭載提供高質(zhì)量的照片。該儀器已接近研制完成，可適應多個平臺使用。

vnir和swir光譜儀在光學結構上是相似的。它們都有多個零件的折射式前置光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)將景物成像在光譜儀的入射狹縫上。通過狹縫的光被一個離軸非球面零件反射到一個平面閃耀光柵上，光被光柵色散。從光柵反射的光被第二個離軸非球面零件反射并成像到焦面陣列上(fpa)。為使視場畸變最小，在狹縫后和焦面陣列前各放了一個折射式校正透鏡。如果不校正這種畸變，將導致光譜通道的空間配準超出要求和橫跡光譜誤差。為了消除級次重疊，將一個級次選擇濾光片直接放在每個焦面陣列的前面。

光學和焦面部件安裝在特制的支架上，該支架能進行精確調(diào)整校準。當調(diào)整校準好之后，每次安裝都用環(huán)氧樹脂固定住或銷子銷住，形成一個非常牢固的部件。為減小儀器對溫度變化的敏感性，將支架連接到用銦鋼制的公用基板上。一個罩子連到基板上使光學系統(tǒng)與外面環(huán)境密封隔離起來。為使雜光的影響最小，所有支架和內(nèi)部表面被漆成黑色。

每個焦面陣列的模擬信號處理器(asp)電子學線路安裝在罩子的外面。對swir光譜儀，用于冷卻焦面陣列的壓縮機安裝在基板的外面。慣性傳感器安裝在vnir光譜儀內(nèi)的基板上。一旦裝配、定位和定標完畢，通過墊片將兩臺光譜儀連接到基板上且校成視軸平行。swir光譜儀的前置光學系統(tǒng)具有較小的變焦能力以使vnir和swir的視場匹配。