发散光照射方法标定空间紫外遥感仪器光谱辐照度响应度

 　　1 引 言

　　空间紫外遥感仪器为我国第二代极轨气象卫星风云三号上的有效载荷。在轨运行期间它可以探测得到太阳紫外光谱辐照度和大气的太阳后向散射紫外光谱辐亮度，并通过太阳后向散射光谱辐亮度和太阳光谱辐照度的比值来反演大气中臭氧的含量和垂直分布。空间紫外遥感仪器是一台小型化、高精度的紫外-真空紫外光谱辐射计，无内定标标准光源，需要在飞行实验前进行地面辐射定标，其定标分为光谱辐照度定标和光谱辐亮度定标[1-3]。在光谱辐照度定标方面，由于遥感仪器在轨进行太阳紫外光谱辐照度测量时，太阳辐射以近似平行光方式照射仪器漫反射板，所以定标时应采用与在轨观测方式一致的平行光照射方法。美国 SBUV 系列臭氧监测仪器光谱辐照度定标装置中，光谱辐照度标准灯位于球面反射镜焦点，通过球面反射镜形成平行光束，辐照仪器漫反射板，标定仪器光谱辐照度响应度[4]。但目前对于我们来说，要准确测定球面反射镜的光谱反射率比较困难，会为平行光辐照度定标装置中引入约 3%~5%的测量误差。为了尽量减小定标装置中引入附加误差，拟采用标准灯发散光直接照射仪器漫反射板的方法进行光谱辐照度定标，但此照射方法与平行光相比，会为仪器最后的定标结果引入多大的定标方法误差(以下简称方法误差)。

　　由于难以准确测定球面反射镜的光谱反射率，获得平行光定标单元的光谱辐照度值，所以不能通过两种照射方法定标结果的比对来直接获得发散光定标所引入的方法误差。针对以上情况，本文以辐射度学为理论基础，推导出了发散光和平行光两种照射方法标定的空间紫外遥感仪器光谱辐照度响应度的结果表达式，分析了影响两种照射方法定标结果的因素。通过相关的测试实验，数值估算了采用发散光照射方法为仪器定标时所引入的方法误差，估算结果对采用发散光照射方法为空间紫外遥感仪器进行光谱辐照度定标具有一定的指导意义。

　　2 发散光照射方法

　　图1为发散光照射方法标定仪器光谱辐照度响应度的示意图。定标光源为美国 NIST 的光谱辐照度标准石英卤钨灯F582，发光点尺寸约6 mm×20 mm;考虑到标准光源的辐射强度、仪器的响应度及信噪比，拟定光源发光中心与漫反射板视场中心的距离为500 mm。图2 为仪器漫反射板发散光照射示意图，其中α平面为漫反射板平面，面积为70 mm×52 mm。β平面为虚构平面，它与发散光的中心入射光线垂直并通过漫反射板的视场中心，α平面与β平面夹角为45°。浅色阴影区域Sα位于α平面内，为仪器孔径光阑在漫反射板上的投影，呈梯形，是仪器在轨进行太阳观测时的有效视场;深色阴影区域 Sfβ位于β平面内，为光源O 和平面 Sα周边的连线与β面交点所围成的平面，与Sα面具有相同的立体角。