第30卷，第6期 2010年6月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
超光谱成像仪中棱镜的热光谱特性梁九生1,2，吴清文"，李泽学3，陈立恒"，郭亮！ 1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033 2.中国科学院研究生院，北京100049
3.深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，广东深圳518057
Vol.30,No.6,pp1702-1706
June，2010
摘要为了确定超光谱成像仪热控指标和开展热设计，研究了超光谱成像仪中校镜的热光谱特性。介绍了超光谱成像仪的工作原理以及热光讲特性的含义，分析了校镜的环境热效应，论述了校镜热光谱特性研究内容及技术路线，推导了温度变化时校镜偏转角以及角色的函数关系，进一步得到光谱中心平移及光谱带宽随温度变化规律，借助有限元分析，比较了K9、熔石英两种材料的棱镜的人射角、顶角、材料色散、光谱中心平移及光谱带宽随温度变化规律，确定了校镜的热控指标，并设计了热光谱试验。理论分析和试验结果表明由于热变形引起的光谱带宽和光谱分辨率改变可以忽略不计，光讲平移主要由材料折射率温度系数决定；校镜材料色散(dn/dl)对温度变化不敏感，因此温度变化对其光谱带宽影响不明显；本文研究方法
合理，结果可信，对确定校镜的热控指标和优化热设计具有指导意义。关键词超光谱成像仪；校镜；热光谱特性；光谱带宽；光谱分辨率中图分类号：TH744.1
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j issn, 1000-0593(2010)06-1702-05
引言
超光谱成像仪又称成像光谱仪，它能同时获取地物的影像及其每一个像元的光谐，已广泛应用于多个军事和民用领域2-9。其区别于其他遥感成像仪器的显著特点是具有分光特性，高分辨率超光谱成像仅的分光方式有光栅色散、校镜色散和傅单叶变换型3种。棱镜是校镜色散型超光谱成像仪的核心部件之一，由于其属于透射元件，温度场的改变，不仅会使其产生热变形，而且会改变其折射率，直接影响超光谱成像仪的光谱分辨率（直观地表现为谱段数和谱段带宽)，进面影响空间分辨率以及鞘射分辨率（最终体现为信噪比)。因此，有必要对校镜开展热光学特性研究，为热控指标的确定以及热设计提供参考依据。
对于校镜的热光学特性已经有人做了大量研究[10-15]，这些研究对搞清校镜的环境热效应，以及校镜的色散特性具有重要意义。但对校镜环境热效应的研究还不完善，都没有具体研究校镜环境热效应对系统成像质量（尤其是光谱特性）的影响。本文对校镜的环境热效应进行了探讨，若重研究校镜环境热效成必起的光谱中心平移、光谱带宽变化规律和对系
统信噪比的影响，即校镜的热光谱特性。收稿日期：2009-06-18，修订日期：2009-09-22
1超光谱成像仪原理及热光谱特性含义 1.1棱镜色散型超光谱成像仪原理
校镜色散型超光谱成像仪成像原理如图1所示，图中坐标X是飞行前进方向，坐标Z是对地观测方向，垂直飞行方向（Y向)的狭长地物通过单远镜系统2成像在光谱仪狭缝3 上，透过狭缝3的光线经准直镜4准直，校镜5分光，最后经成像镜6成像在操测器组件7的焦平面上，焦平面上平行于狭缝的一行像元对应地面>方向上狭长地物；垂直于狭缝方向上得到该狭长地物的光谱分布，通过卫星飞行推扫得到下一个狭长地物的光谱像，最终形成两维空间的像和一维光
S
K
1213
4
5
Fig 1 Principle of HSI
基金项目：中国科学院"优秀博士学位论文，院长奖学金获得者科研启动专项基金”项目资助
作者商介：聚九生，1982年生，中国科学院长春光学精密机城与物理研究所在读须士生万方数据
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e-mail:liangjiusheng2003@yahoo.com.cr