第33卷，第12期 2013年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 33,No. 12 -pp3432-3436
December : 2013
大视场宽谱段高分辨率分波段机载紫外-可见光成像光谱仪设计
郝爱花1.2.3，胡炳，白加光，李立波.3，于涛1.3，李思远
1，中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西西安710115
2，西安邮电大学电子工程学院，陕西西安710121 3，中国科学院大学，北京100049
摘要紫外-可见光(200～500nm)成像光谱仪是空间遥感的重要组成部分，本文基于机载紫外-可见成像光谱仪的特殊性和实际应用要求，提出广一种采用面阵CCD的摆扫式成像光谱仪，这样既克服了传统线阵 CCD摆扫式成像光谱仪空间分辨率低的缺点，同时又弥补了推扫式成像光谱仪视场范围有限的缺点，能够满足大视场、宽谱段、高分辨率成像光谱仪的应用要求；此外，考虑400～500nm波段中200～250nm波段二级光谱的影响和<290nm的短波区和>310nm的长波区两个波段相差3个数量级的辐射波动，采用了分波段、分系统的方式独立进行消杂光光谱成像。在系统结构设计方面，本着高性能、低成本的设计理念，选用了两镜同心系统作为望远系统，Czerny-Turner平面光栅结构作为成像光谱仪系统的光学设计方案；设计了一种不使用任何辅助光学元件，全部采用球面镜结构的成像光谱仪。整个系统结构简单、紧，性能优
良，可行性好。全谱段、全视场调制传递函数值在0.6以上。关键词大视场；宽谱段；高分辨率；紫外；成像光谱仪
中图分类号：0433.1
文献标识码：A
引言
DOI: 10, 3964/j. issn. 1000-0593(2013 )12-3432-05
光谱仪SCIAMACHY，2004年美国宇航局发射的Aura卫星上搭载的臭氧监测仪0MI.4]，波段为270～500nm，光谱分辨率0.45～0.6nm。我国大气紫外光谱仪的研制较晚，
大视场、高分辨率机载紫外-可见成像光谱仪对获得对流层示踪气体总量，从而监测对流层污染现象至关重要。分布在该波段的主要气体分子有NO2，SO：，BrO，HCHO， CH4，OC1O等。这些污染由城市或部分地区的生物燃烧、工业污染等引起，研究对流层的污染可以间接的研究人类对地球大气和气候的影响。由于200～300nm波段的太阳辐射光谱大部分被氧和臭氧强烈的吸收，紫外光谱仪在白天就可以进行电军监测，可以对地球上火山源和喷射微量气体的人造发射器进行监控（如飞机、火箭等喷射的火焰）。此外，机载紫外光谱仪的实验数据还可以为星载紫外光谱仪的研发提供数据支撑，
1975年搭载于美国宇航局发射的Nimbus-7卫星上的太阳后向紫外散射光谱仪SBUV和臭氧总量绘图光谱仪 TOMS是大气紫外遥感最早的仪器。此后，有代表性的星载紫外成像光谱仪还有1995年搭载于欧空局发射的ERS-2 卫星上的全球臭氧检测试验装置GOME(2}，2002年搭载于欧空局发射的环境卫星ENVISAT-1上的扫描成像大气吸收
收稿日期：2013-03-14，修订日期：2013-06-12
基金项目：国家自然科学基金项目(41005109)资助
作者简介：郝爱花，1977年生，西安邮电大学电子工程学院副教授
由中科院空间科学与应用研究中心研制的紫外臭氧总量测绘仪TOU和由中科院长春光学精密机械与物理研究所研制的紫外臭氧探测仪SBUS"J于2008年5月搭载于“风云三号” A星发射升空。波长范围分别为308～360和252～340nm，光谱分辨率都为1nm。
大视场、宽谱段、高空间和光谱分辨率、高信噪比是成像光谱仪追求的目标，但在追求高性能的同时，成像光谱仪的发展也受到现有技术条件和经济成本的制约。成像光谱仪的发展一共经历了三代，依次有光机扫描式、摆扫式和推扫式。光机扫描式是第一代成像光谱仪，可扫描的视场大，但空间和光谱分辨率都比较低；摆扫式克服了光机扫描式成像光谱仪光谱分辨率低，光谱范围窄的缺点，采用线阵CCD实现光谱维的扫描，但空间分辨率依然受到旋转扫描仪在空间维像素上驻留时间短的制约；推扫式成像光谱仪采用面阵 CCD，具有光谱范围宽，光谱和空间分辨率高，噪声低等一系列优点，但视场受面阵CCD和像质要求的制约，在满足高空间分辨率的同时不能做得很大。我国研制的TU和
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