● 摘要
成像光谱数据的高精度是实现高光谱遥感定量化应用的前提。要保证成像光谱数据的数据质量，首先必须对成像光谱仪进行精确定标，从而由其DN（Digital Number）值图像精确地复原入瞳光谱辐亮度数据。目前在AOTF（Acousto-Optic Tunable Filter）成像光谱仪实验室定标中有两个关键问题尚未解决：一是采用何种函数描述其各波段的光谱响应特性，二是光谱定标与辐射定标精度如何对应于复原辐亮度数据的不确定度。本文主要针对上述两个问题开展研究。基于AOTF晶体滤光特性随光线入射角度变化的特点，针对远心共焦光路AOTF成像光谱仪，从矢量失配的角度分析AOTF对不同角度入射光的光谱衍射效率，提出了基于多角度衍射效率合成的AOTF成像光谱仪光谱响应函数解析计算方法，将目前sinc2光谱响应函数改进为更精确的多sinc2积分的函数形式。基于AOTF成像光谱仪输出波长可根据光谱调谐函数任意调节的特点，通过分析实验室光谱定标各通道成像光谱仪所接收单色光波长位置的不确定度及概率分布，推导了光谱调谐函数与光谱分辨率函数中各系数的不确定度及概率分布，进而得到了AOTF成像光谱仪工作光谱范围内任意通道的中心波长及半高宽的不确定度及概率分布，并在此基础上分析了中心波长不确定度对遥感探测和辐射定标中辐亮度测量不确定度的贡献。以基于标准灯的实验室辐射定标方案为例，通过分析积分球出射辐亮度的不确定度及分布密度，推导了辐射定标系数不确定度及分布密度，进而得到了遥感探测中复原辐亮度的不确定度及分布密度，建立了辐射定标精度与遥感复原辐亮度数据不确定度之间的对应关系。最后，对AOTF成像光谱仪进行了实验室光谱和辐射定标，完成了上述理论推导的实验验证，并得到了AOTF成像光谱仪的通道中心波长、半高宽以及辐射定标系数的数值、不确定度及概率分布，为其后续应用提供可靠参数。利用本文建立的方法可以完整地描述成像光谱仪遥感探测所获取辐亮度数据的不确定度，为地物光谱特征的定量分析提供支撑。