一种用于红外傅里叶变换光谱仪的等波数划分波段降噪法制造技术

本发明专利技术公开了一种用于红外傅里叶变换光谱仪的等波数划分波段降噪法，应用于宽谱段、超高分辨率的精细光谱探测中。设计低温红外傅里叶变换光谱仪时，将低温滤光轮放置在探测器前方的光路中，低温滤光轮由低温电机驱动。滤光轮上安装多个滤光片，各个滤光片中心波长不同，中心波长间距不等，各个滤光片的中心波长和带宽是按中心谱距相等来设计的，各个滤光片均具有窄带宽特点，根据所需探测目标的谱段，选择相应的滤光片，实现关注谱段的超高光谱分辨率的光谱探测。对于高光谱分辨率、宽光谱带宽的红外傅里叶变换光谱仪，这样测量带来的好处是降低带外光子在探测器上引起的噪声，滤光片低温降低了滤光片本体造成的红外背景及其光子噪声。光子噪声。光子噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种用于红外傅里叶变换光谱仪的等波数划分波段降噪法


[0001]本专利技术涉及红外光学仪器技术，具体指用于红外傅里叶变换光谱仪的等波数划分波段降噪法，它应用于大宽带红外傅里叶变换光谱探测仪中。这种仪器探测的目标的特点是：光谱带宽大、目标温度低、信号小、光谱分辨率高，例如大气成份遥感和太阳磁场探测等，目标信号很小，不能改变，只能通过降低噪声来提高探测信噪比。

技术介绍

[0002]对于卫星大气成份临边遥感探测，要求光谱分辨率高、光谱带宽大，目标温度低；对于太阳磁场红外光谱探测，要求光谱分辨率高、视场极小，信号弱。目前在研的大气超辐射光谱仪光谱分辨率指标0.015波数、探测波段范围： 3.2～15.4μm，探测临边大气(科技部国家重点研发计划项目――大气辐射超光谱探测技术——批准号2016YFB0500600)，在研的太阳磁场测量光谱仪的光谱分辨率指标为0.004波数，前方视场1.5角秒(国家重大基金项目——用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统——批准号11427901)。
[0003]超高光谱分辨率红外傅里叶变换光谱仪的特点：光谱分辨率极高，光谱带宽大，具有能覆盖连续谱段的能力，结果是一个谱元带宽的能量很小和光子噪声大。超高光谱分辨率红外傅里叶变换光谱仪主要由干涉仪和能量收集系统组成。通过设计低温干涉仪技术、低温可调视场光阑技术等，可以降低干涉仪和视场光阑自身红外背景，进而降低整个光谱仪系统的背景噪声。在这种情况下，对滤光轮进行低温冷却更有必要。针对一些特定需求，例如：为拓展应用需求，仪器所能覆盖的连续光谱谱段越宽越好，光谱分辨率越高仪器探测谱线越精细，但同时一个谱元带宽的能量会越小，进行超高光谱分辨率探测时，有时关注这个谱段，有时关注那个谱段，若全谱段的光同时入射到探测器上，则光子噪声大，影响仪器信噪比。
[0004]本专利提出设计一个低温滤光轮，降低超高光谱分辨率红外傅里叶变换光谱仪的带外光子带来的噪声以及红外背景的方法。进行光谱探测时，针对探测目标选择相应谱段的滤光片，降低带外光子噪声；滤光轮设置在低温真空中，也降低了滤光轮装置自身的红外背景。
[0005]仪器探测器单元视场越小，前方探测目标温度越低，信号越小，就要求滤光片温度越低。例如超辐射大气光谱仪的后继光学设计温度为90K，太阳磁场光谱测量仪的后继光学温度为80K。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种用于红外傅里叶变换光谱仪的等波数划分波段降噪法。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]设计利用低温滤光轮对仪器所覆盖的光谱谱段进行扫描探测的方法，分别对关注的特定目标谱段进行精细光谱探测。低温滤光轮由低温驱动装置控制，滤光轮上安装多个滤光片，每个滤光片中心波长不同，各个滤光片中心波长间距不等，各个滤光片的中心波长
和带宽是按中心谱距相等来设计的，且每个滤光片均具有窄带宽特点。针对所关注的不同的探测谱段，分别选择相应谱段的滤光片，实现关注谱段的超高光谱分辨率的精细光谱探测，降低红外背景和带外光子在探测器上引起的噪声。
[0009]低温滤光轮上的滤光片的总带宽需覆盖光谱仪探测波段的起始波长到终止波长，按中心谱距相等设计各个滤光片的中心波长。设红外傅里叶变换光谱仪探测波段的起始波长为W
b
微米，终止波长为W
e
微米，将整个波段分为n 个子波段，设计n个滤光片，每个滤光片对应一个子波段。滤光片序号设为i，第i个滤光片的中心波长设为λ
中心
‑
i
。如图1和图2所示。
[0010]按等波数宽度划分波段：
[0011]第i个滤光片起始波数和终止波数分别设为σ
i
和σ
i+1
，计算公式为：
[0012][0013][0014]第i个滤光片对应的起始波长和终止波长分别设为λ
i
和λ
i+1
，计算公式为：
[0015][0016][0017]则第i个滤光片的中心波长λ
中心
‑
i
计算公式为：
[0018][0019]第i个滤光片波长带宽计算公式为：
[0020][0021]中心波长的间距不等，按中心谱距相等设计中心波长和带宽，每个滤光片具有窄带宽特点，探测时通过选择不同波段滤光片对光谱进行扫描探测。
[0022]本专利技术的优点在于：使用滤光轮分割探测波段，拦去了带外光子，使得噪声降低；滤光轮低温的设计降低了自身红外辐射背景及其噪声，提升了仪器信噪比；在目标光谱亮度特性变化缓慢的情况下，按等中心谱距(即等波数宽度) 设计滤光片的中心波长和带宽，干涉信号的动态范围在切换波段时基本不变，电子学系统的AD不用更换，对电子学数据获取系统的实现很有好处。
附图说明
[0023]图1是等波数宽度划分滤光片波段示意图；
[0024]图中：
[0025]1—第一个滤光片；
[0026]2—第二个滤光片；
[0027]i—第i个滤光片；
[0028]n
‑
1—第n
‑
1个滤光片；
[0029]n—第n个滤光片；
[0030]σ1—第1个滤光片起始波数；
[0031]σ2—第1个滤光片终止波数；
[0032]σ
i
—第i个滤光片起始波数；
[0033]σ
中心
‑
i
—第i个滤光片中心波数；
[0034]σ
i+1
—第i个滤光片终止波数；
[0035]σ
n
—第n个滤光片起始波数；
[0036]σ
n+1
—第n个滤光片终止波数；
[0037]σ—波数坐标。
[0038]图2是滤光轮波长划分示意图；
[0039]图中：
[0040]Wb—探测波段起始波长；
[0041]We—探测波段终止波长；
[0042]λ1—第1个滤光片起始波长；
[0043]λ2—第1个滤光片终止波长；
[0044]λ
i
—第i个滤光片起始波长；
[0045]λ
中心
‑
i
—第i个滤光片中心波长；
[0046]λ
i+1
—第i+1个滤光片终止波长；
[0047]λ
n
—第n个滤光片起始波长；
[0048]λ
n+1
—第n个滤光片起始波长；
[0049]λ—波长坐标。
具体实施方式
[0050]下面给出一个具体设计实例：
[0051]观测太阳光谱，滤光片温度：90K，设光谱仪探测波段波长范围要求：开始波长W
b
＝10μm，终止波长W
e
＝13μm，设计分波段数n＝6，即设计6个滤光片，按等波数宽度划分各个滤光片的波段，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于红外傅里叶变换光谱仪的等波数划分波段降噪法，它的特征在于方法如下：红外傅里叶变换光谱仪探测波段的起始波长为W
b
微米，终止波长为W
e
微米，光谱仪探测波段划分为n个子波段，设计n个滤光片，滤光片序号设为i，滤光片中心波长分别为λ
中心
‑1、λ
中心
‑2…
λ
中心
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：赵莲维，华建文，王战虎，李利兵，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：