引言

地物光譜儀在遙感領域的應用日益重要，可用于研究不同地物條件下可見和紅外的光譜輻射特性，從而獲得地表的光譜輻射亮度?光譜輻射照度或方向反射因子等信息。地物光譜特性的準確測量是光學遙感定量分析的基礎，對于航天傳感器定標?遙感數據反演等具有極其重要的意義。地物光譜儀在測量前必須進行光譜輻射定標，一方面定標過程中地物光譜儀的光譜響應特性可能發生漂移，另一方面測量時的環境與定標環境可能差異較大，都會影響測量的準確性

國內的溫度實驗研究表明當環境溫度從10℃升至40℃時，部分地物光譜儀700~1050nm的響應度變化可能高達15%以上，采用溫度修正后可以降至1%左右。地物光譜儀光譜響應度的漂移不僅與外界條件有關，而且實驗室條件下長時間工作發熱也可能帶來光譜響應度的變化。本文對比了一款地物光譜儀不同條件下的光譜響應度變化，實驗結果表明環境條件變化帶來的影響可以通過監測地物光譜儀內部探測器的溫度變化獲得。通過建立的光譜響應度與探測器溫度的對應關系，可以進行數據修正解決外界環境條件不同帶來的影響，保證測量的準確性。

結果與討論

2.1 溫度變化曲線

圖1給出了實驗室溫度(22±1)℃?相對濕度43%±2%時，地物光譜儀在波長和光譜輻射亮度測量時硅陣列探測器的溫度變化。測量過程中地物光譜儀采用水平放置，表面未采用風機散熱。前20min溫度上升迅速，變化大于5℃，之后溫度曲線上升趨于平緩。2h內硅陣列探測器的溫升大于12℃。在波長測量和光譜輻射亮度測量過程中溫度上升趨勢幾乎一致，表明光譜輻射亮度測量時積分球光源發熱帶來的影響基本可以忽略，溫度上升主要與使用過程中的儀器發熱有關。

圖1探測器溫度變化曲線

2.2 光譜響應度隨溫度的漂移

實驗室采用積分球光源考察地物光譜儀的光譜響應度變化。對于波長測量，當硅陣列探測器從23℃升至35℃，譜線燈峰值對應的波長位置并未改變。地物光譜儀臨近波長點的相對光譜響應接近，隨溫度的變化趨勢也近似一致，因此溫度變化并未帶來峰值波長的變化。對于光譜輻射亮度測量，圖2給出了(22±1)℃，43%±2%RH時光譜輻射亮度隨硅陣列探測器溫度的變化。

圖2溫度變化帶來的光譜響應度變化

圖3鹵鎢燈漫反射板測量時光譜響應度變化

作為對比，實驗室還考察了環境條件30℃，43%RH時光譜響應度隨時間的變化。地物光譜儀放置在溫濕度控制箱中，通過側壁開口瞄準箱體外部的積分球光源。與室溫條件相比，環境溫度30℃時地物光譜儀硅陣列探測器的溫度上升更為迅速。當硅陣列探測器升至28.3℃時，光譜儀采集的信號與室溫22℃下硅陣列探測器升至28.3℃時采集的信號接近，差異在0.1%的水平。實驗還對比了環境溫度30℃和室溫22℃時當硅陣列探測器溫度從28.3℃升至35.2℃時對應的光譜響應度變化，見圖4。

圖4 環境溫度22和30℃時的光譜響應度變化

2.3 環境氣流和濕度對響應度的影響

戶外測量時空氣氣流和濕度并不固定，可能對光譜響應度的變化產生影響。實驗考察了采用風機散熱和低濕度下的光譜響應度變化。采用溫濕度控制箱將環境溫度控制在22℃，相對濕度控制在6%，并進行風機散熱。空氣氣流和濕度的變化對于波長位置幾乎沒有影響。

圖5 (a)探測器溫度變化曲線；(b)兩種模式下的光譜響應度差異

結果和分析

考察了一款地物光譜儀光譜響應特性與外界環境條件的關系，測量結果表明光譜響應度的變化主要取決于內部探測器的溫度變化，對于濕度和氣流的影響并不敏感。在兩種環境溫度22和30℃下，當地物光譜儀內部探測器的溫度或溫度變化相同，對應的光譜響應度或光譜響應度變化在全譜段非常接近，差異小于0.2%。測量結果表明外界環境條件對地物光譜儀光譜響應度的影響可以近似采用內部探測器的溫度變化描述。根據光譜響應度與探測器溫度的函數曲線關系和探測器的實時溫度，可以對地物光譜儀環境影響進行數據修正，從而實現準確測量。

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審核編輯黃宇