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“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机

发布时间:2023-12-01
浏览次数:381

可见短波红外高光谱相机是“高分五号”卫星上的主载荷之一,由中国科学院上海技术物理研究所研制。本文简单介绍了“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机的结构性能以及应用。

可见短波红外高光谱相机是“高分五号”卫星上的主载荷之一,由中国科学院上海技术物理研究所研制。本文简单介绍了“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机的结构性能以及应用。

 

“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机


可见短波红外高光谱相机的系统组成及性能

“高分五号”(GF-5)卫星可见短波红外高光谱相机由遮光罩、定标子系统、宽视场望远镜、视场分离器、狭缝、基于凸面光栅的光谱仪、面阵探测器组件、驱动与信号获取和通信控制与信息处理电子学等子系统组成。相机采用离轴三反望远镜成像,视场分离器将可见近红外和短波红外谱段分离开,通过狭缝视场后,采用基于凸面光栅的光谱仪进行精细分光,光谱图像信号分别汇聚到CCD面阵探测器和短波红外HgCdTe探测器焦面上,实现高光谱成像。其实物图如图1所示,具体参数如表2所示。


“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机2


为保证大视场的要求,相机采用全反射式离轴三反主光学望远镜,在传统offner结构的基础上增加了一片校正透镜的凸面光栅,光线分别在进入offner 结构前和出 offner 结构后两次通过这片光栅,通过狭缝中心与边缘光线对光栅的不同人射角,校正了长狭缝的光谱弯曲及光谱畸变。为保证获取图像数据的定量化水平,相机设置了丰富的星上定标手段。通过对星上LED 定标组件成像,结合掩星观测大气轮廓进行相机在轨光谱定标;通过引入太阳光照射星上漫反板对相机进行辐射定标,同时使用独立的漫反板监视器来监视漫反板的衰减。

高光谱相机飞行产品出所前在用户和卫星总体的参与下,进行了性能验收测试,测试结果如表3所示。

 

“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机3


可见短波红外高光谱相机的应用

高光谱成像技术可同时获取目标的几何、辐射和光谱信息,是对地遥感与目标探测的重要手段,在国土资源探测、环境灾害监测、农林渔牧、海洋监测以及目标探测、伪装识别等领域发挥着越来越重大的作用。随着高光谱遥感应用的深人,对高光谱遥感的光谱范围、光谱分辨率、幅宽、空间分辨率、时间分辨率与定标精度等指标提出了新的要求。

过去的几十年,Hyperion[4l和 CHRISS是提供星载高光谱数据的主要来源,但是它们数据的品质和数量对于成像光谱技术的潜在应用来说还远远不够,因此各国均规划了性能更先进的高光谱传感器,包括美国NASA的 HyspIRI6、德国的EnMApl7]、意大利的PRISMAl8,以及印度正在研制中的高光谱卫星 CartoSat-3/3A/3B、ResourceSat-3。相关仪器参数和性能指标列于表1

“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机以60km幅宽、30m的地面分辨率和5~10nm的光谱分辨率,同时获取地物在400~2 500nm范围内共330个连续谱段的空间信息和光谱信息。相机在可见近红外谱段(0.4~1.0um)的光谱分辨率约为5nm,短波红外谱段(1.0~2.5pm)约为10nm。

高光谱相机将能够解决遥感应用中的许多关键科学问题,诸如生态、环境监测、国土资源和地质矿产调查,以及灾害监测,农、林、牧业精细作业,城市规划等遥感应用。高光谱相机是中国首个采用凸面光栅分光的卫星载荷。与Hyperion上的仪器相比,高光谱相机信噪比更高(3~4倍),地面覆盖更宽(约8倍),谱段数更多(多100多个)。

 

“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机4


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