高分辨机载紫外

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1、高分辨机载紫外1引言1.1国内外相关研究成果评述对紫外成像光谱仪的研究最早可以追溯到1978年10月搭载于美国宇航局（NationalAeronauticsandSpaceAdminsitration，NASA）NIMBUS-7卫星上发射的太阳后向散射紫外光谱辐射计和臭氧总量绘图光谱仪（TheSolarBackscatterUltravioletandTotalOzoneMappingSpectrometer，SBUV/TOMS）[3]，是大气紫外遥感最早的光谱成像仪器，1984年又研制成改进型太阳后向散射紫外光谱仪(SBUV/2),搭载于美国海洋大气

2、管理局（TheNationalOceanicandAtmosphericAdministration，NOAA）NOAA-9业务卫星发射升空。此后，日本、俄罗斯、欧洲等不同的空间机构都有搭载紫外遥感成像光谱仪的卫星发射。有代表性的星载紫外成像光谱仪还有1995年4月搭载于欧空局（EuropeanSpaceAgency，ESA）第二颗欧洲远程传感卫星（SecondEuropeanRemoteSensingSatellite，ERS-2)上发射的全球臭氧监测试验装置（TheGlobalOzoneMonitoringExperiment，GOME）[4,5]

3、，2002年搭载于欧空局ESA环境卫星（EnvironmentalSatellite，ENVISAT）上的扫描成像大气吸收光谱仪（TheScanningImagingAbsorptionSpectrometerforAtmosphericChartography，SCIAMACHY）[1]，以及2004年7月15日美国宇航局NASA发射的Aura卫星上搭载的臭氧监测仪（TheOzoneMonitoringInstrument，OMI）[6,7]，是荷兰航空航天发展局（NIVR）和芬兰气象学会（FMI）合作，为EOS/Aura所做的一项贡献。这几个紫外成

4、像光谱仪有个共同的特点，即都为天底观测工作模式。.1.2本论文的研究意义及主要研究内容从目前国内、外臭氧监测光谱成像仪器的发展状况可以看出，我国紫外可见光谱成像技术的发展还有很大的上升空间，尤其是天底观测模式的紫外-可见成像光谱技术，成功发射的TOU仅仅属于第一代成像光谱仪，扫描谱段只有6个，为多谱段成像，严格来说应属于光谱辐射计。处于实验阶段的推扫式大气紫外成像光谱仪AUVIS，光谱范围为307～370nm，光谱分辨率1.07nm，视场13°，空间采样256个单元。表1.1给出了国内外现有技术的对比，可以明显看出AUVIS空间扫描幅宽和谱段数

5、都不及OMI和OMPS，但空间采样点数较高。TOU的空间扫描幅宽同OMI和OMPS，但光谱数据获取能力太差。开展机载紫外-可见成像光谱仪研究是检验星载紫外-可见成像光谱仪有效性的必要条件，能为星载数据反演模型校正提供数据支撑。卫星遥感的优势在于能够实现从区域到全球范围的遥感成像，但并不能精确获得近地面局部示踪气体的浓度，而是在有限的垂直或水平厚度内（约几公里）得到一个综合的结果，卫星遥感数据的有效性很大程度上取决于局部测量结果是否与机载光谱仪测量结果保持一致[19,20]，尤其是对气体浓度峰值集中在对流层的示踪气体，如NO2，SO2，HCHO和气溶胶等

6、，数据的恢复对边界层的反射尤其敏感。2成像光谱仪基本方案选取2.1成像光谱仪类型的选取成像光谱仪主要分为色散型、滤波型和干涉型三类。色散型成像光谱仪一般采用狭缝控制光谱仪的光谱分辨本领；探测器像素尺寸及系统焦距确定其空间分辨本领；由于狭缝的限制，光通量不是很大。主要结构有光栅型和棱镜型。光栅型成像光谱仪由于衍射光束的衍射角θ通常很小，角色散接近常数，光谱在波长范围内均匀展开，这较之棱镜成像光谱仪是一大优点。棱镜光谱仪中，短波部分展开的范围比长波部分展开的范围大得多，光谱分辨率不均匀。滤波型成像光谱仪主要有楔型和可调滤光片型两类。可调滤光片主

7、要有声光调制、电光调制、液晶型和法布里-伯罗型等，这种类型的成像光谱仪结构非常简单，只需把可调滤光片放入光路中就可实现，光通量较大，但不能实现实时高光谱监测；楔形滤波型成像光谱仪[1,2]的光谱分辨和光栅光谱仪类似，也是由狭缝大小决定的，光通量也不是很大。干涉型成像光谱仪主要又可以分为时间调制型干涉成像光谱仪和空间调制型干涉成像光谱仪。时间调制型干涉成像光谱仪[3]，即迈克耳逊干涉成像光谱仪，光谱分辨本领由最大光程差决定，与狭缝宽度无关，所以光谱分辨率可以做的很高；此外，基于迈克耳逊干涉成像光谱仪的多通道特性，使得时间调制型干涉成像光谱仪的光通量是相同

8、谱段数色散型成像光谱仪的(N/2)1/2倍[4]，N为谱段数；但由于视场大小与光谱分辨率成反比