色散型高光谱遥感器实验室光谱定标

1 范围

本标准规定了色散型高光谱遥感器实验室光谱定标的设备条件和实验方法。本标准适用于工作波段为0.4 pum~2.5 pm的色散成像型（如滤光片型、光栅衍射型、棱镜色散型）机载/星载高光谱遥感器的实验室光谱定标。其他色散型遥感器的实验室光谱定标可参照使用。

2 规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GJB 2700-1996卫星遥感器术语

GJB 3007A-2009防静电工作区技术要求

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

高光谱遥感器hyperspectral remote sensor光谱分辨率在10-*入数量级的光学遥感器，入是工作波长。

3.2

光谱定标spectral calibration确定高光谱遥感器各光谱通道的峰值波长和光谱带宽的过程。

3.3

实验室光谱定标laboratory spectral calibration在实验室内对高光谱通感器进行的光谱定标。

3.4

光谱带宽spectral bandwidth高光谱遥感器各光谱通道相对光谱响应曲线中，光谱响应为最大值一半时所对应的波长之差值。

4 一般要求

4.1定标实验室

定标实验室的环境条件要求如下：

a）洁净度等级应优于十万级。待定标高光谱遥感器对洁净度有特殊要求时，应按要求执行；b）在遥感器工作波段和视场内，抑制杂散光；

c）温度20C士3C，相对湿度50%士10%。待定标高光谱遥感器对温湿度有特殊要求时，应按要求执行；

d）应具有良好的防静电条件，防静电工作区应符合GJB 3007A-2009的相关规定。

4.2待定标遥感器

待定标高光谱遥感器应工作正常且定标状态与设计工作状态一致。

4.3定标装置要求4.3.1基本要求

高光谱遥感器实验室光谱定标装置包括单色仪、宽谱照明光源、标准参考谱线光源、高分辨率光谱仪、光谱辐照度计、平行光管、调整台和数据采集处理系统，基本要求是：a）定标装置应配套且在计量检定有效期内；

b）定标装置的性能参数应满足高光谱遥感器光谱定标所需的精度要求；c）光谱定标可在光学隔振平台上进行，平台固有频率不大于2Hz。

4.3.2详细要求

4.3.2.1单色仪单色仪使用要求如下：

a）输出光谱范围应覆盖待定标高光谱遥感器的工作谱段；b）使用前应进行校准，波长不确定度应小于光谱定标峰值波长允许偏差的三分之一；c）输出光谱带宽应小于待定标高光谱通感器光谱定标峰值波长允许偏差的三分之一；d）最小扫描步长应不大于待定标高光谱遥感器光谱定标峰值波长允许偏差。

4.3.2.2宽谱照朋明光源

输出光谱范围应覆盖待定标高光谱遥感器的工作谱段，可选用溴钨灯、氙灯等。采用稳压电源确保输出稳定。

4.3.2.3标准参考谱线光源

具有确定的特征谱线，可采用低压汞灯、稳频激光器等。

4.3.2.4高分辨率光谱仪高分辨率光谱仪使用要求如下：

a）测量光谱范围应覆盖待定标高光谱遥感器的工作谱段；b）光谱分辨率应优于单色仪输出带宽的十分之一；c）波长不确定度应优于单色仪的波长不确定度；d）使用前应校准波长不确定度。

4.3.2.5

光谱辐照度计

光谱辐照度计的使用要求如下：

a）测量光谱范围应覆盖待定标高光谱遥感器的工作谱段；b）光谱分辨率应优于待定标高光谱遥感器光谱定标峰值波长允许偏差；c）重复性应优于99%。

4.3.2.6平行光管

平行光管的使用要求如下：

a）通光光谱范围应覆盖待定标高光谱遥感器的工作谱段；b）出射光瞳应大于待定标高光谱遥感器人射光瞳；c）对于视场特别大的高光谱遥感器，可通过视场拼接实现全视场覆盖。

4.3.2.7

调整台应满足定标过程中待定标高光谱遥感器的姿态和位置调整自由度和精度要求。

4.3.2.8

数据采集处理系统应满足单色仪输出波长的控制、待定标高光谱遥感器输出图像数据的实时显示、采集和处理等要求。

5 定标方法

5.1光路调整

按图1所示布置实验室光谱定标的光路，其中单色仪、平行光管和待定标遥感器应调整为共光轴。

5.2定标步骤定标步骤如下：

a）确认待定标高光谱遥感器和所有定标设备已充分预热，达到正常工作状态。

b）调节单色仪人射狭缝和出射狭缝的宽度，并利用标准参考谱线光源、高分辨率光谱仪测量单色仪的输出波长和带宽，确认单色仪满足4.3.2.1的要求，

c）调节定标光源的电流，使待定标高光谱遥感器的输出达到其满量程的1/2~2/3。

d）采用如图2所示的测量光路，在定标谱段范围内连续调节单色仪的输出波长，利用光谱辐照度计测量单色平行光的相对光谱辐照度分布。

e）使待定标高光谱遥感器工作在暗背景成像模式，利用数据采集处理系统采集50次以上的暗背景图像数据，并取平均值。

f）使待定标高光谱遥感器工作在成像模式，在定标谱段内以一定的步长连续改变单色仪输出波长，由数据采集处理系统采集50次以上的光谱定标图像数据，并取平均值。单色仪扫描步长一般应小于待定标高光谱遥感器光谱定标峰值波长允许偏差。若待定标高光谱遥感器无明确的峰值波长允许偏差要求，可采用1/10光谱带宽作为单色仪扫描步长。

5.3定标数据处理方法

定标图像数据处理步骤如下：

a）光谱定标图像数据的平均值减去暗背景图像数据的平均值，得到待定标高光谱遥感器各光谱通道对应的图像数据。

b）利用单色平行光的相对光谱辐照度分布曲线，按式（1）计算得到各光谱通道归一化光谱响应；

5.4定标不确定度分析

5.4.1峰值波长不确定度

光谱定标峰值波长不确定度的分析步骤为：

a）依据单色仪校准报告，确定其输出波长不确定度01。

b）依据单色仪输出光谱带宽测量结果，确定输出光谱带宽导致的峰值波长不确定度02。单色仪输出光谱带宽导致的峰值波长不确定度不大于单色仪输出光谱带宽的二分之一，故：

5.4.2光谱带宽不确定度

光谱带宽不确定度的分析步骤为：

a）依据单色仪校准报告，确定其输出波长不确定度01。

b）依据单色仪输出光谱带宽测量结果，确定输出光谱带宽导致的不确定度020单色仪输出光谱带宽导致的定标光谱带宽不确定度不大于单色仪输出光谱带宽的二分之一，故：