多角度偏振輻射計(jì)系統(tǒng)介紹

1、多角度對(duì)地觀(guān)測(cè)能獲得更為詳細(xì)可靠的地面目標(biāo)三維空間結(jié)構(gòu)參數(shù)，以滿(mǎn)足對(duì)定量遙感反演參數(shù)個(gè)數(shù)的要求。探測(cè)目標(biāo)地物偏振信息，能夠很好地分辨目標(biāo)上低反射區(qū)域和目標(biāo)輪廓，從復(fù)雜的背景中提取目標(biāo)的三維信息，解決傳統(tǒng)遙感所不能解決的大氣探測(cè)和偽裝識(shí)別等方面的問(wèn)題 。因此，近些年多角度偏振遙感發(fā)展迅速。下面簡(jiǎn)要介紹一下安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所設(shè)計(jì)的多角度偏振輻射計(jì)系統(tǒng)。該裝置可以同時(shí)獲取目標(biāo)的9個(gè)波段（4432250nm）、4個(gè)偏振態(tài)的光譜偏振信息。采用了單元探測(cè)器，相比于面陣型成像系統(tǒng)，消除了多路信息分時(shí)獲取帶來(lái)的觀(guān)測(cè)誤差；更容易實(shí)現(xiàn)在軌偏振定標(biāo)和多角度探測(cè)；使得波段設(shè)置范圍更寬，能夠進(jìn)一步提高大氣特性參數(shù)的

2、反演精度。為了實(shí)現(xiàn)多路光譜偏振信息的同步獲取，保證高測(cè)量精度，基于輻射計(jì)光機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，對(duì)采集控制與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)并進(jìn)行了航飛試驗(yàn)。多角度偏振探測(cè)原理0904545, (1)QIIUII多角度總反射率RI和多角度偏振反射率RP為220000, (2)IPQUIRRFF式中，0 太陽(yáng)天頂角余弦，F(xiàn)0 為太陽(yáng)常數(shù)W/（ m2 m）。將這些RI、 RP與基于地氣系統(tǒng)的矢量輻射傳輸方程模擬計(jì)算值構(gòu)成的查找表進(jìn)行對(duì)比，來(lái)進(jìn)行氣溶膠光學(xué)特性的反演。多角度偏振輻射計(jì)的構(gòu)成光機(jī)系統(tǒng)偏振輻射計(jì)的正交掃描鏡通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)大氣目標(biāo)、儀器定標(biāo)和本底進(jìn)行掃描，將光束反射至多路并行望遠(yuǎn)光學(xué)模塊。望遠(yuǎn)光學(xué)模塊通過(guò)

3、沃拉斯頓棱鏡和分色片再把光束分成9個(gè)波段4個(gè)偏振方向（ 0、45、90、135 ）共36路偏振光，最終會(huì)聚在多個(gè)探測(cè)器的光敏面，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并行輸出。多角度偏振輻射計(jì)的構(gòu)成光機(jī)系統(tǒng)儀器的掃描鏡旋轉(zhuǎn)360為一個(gè)采樣周期，其中對(duì)地掃描范圍是-55+55，每隔0.5采樣1次，此外還有1次定標(biāo)測(cè)量和5次暗電流測(cè)量。根據(jù)平臺(tái)高度和飛行速度以及分辨率等指標(biāo)要求，采集周期為440ms，每個(gè)采樣點(diǎn)間的間隔時(shí)間約為600 m。多角度偏振輻射計(jì)的構(gòu)成采集控制與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)大體的工作流程是：光信號(hào)經(jīng)探測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并被放大至可探測(cè)的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A-D)模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，被現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA

4、)讀取。FPGA將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳至工控計(jì)算機(jī)并同時(shí)存入隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)進(jìn)行備份。微控制單元(MCU)通過(guò)控制所有外設(shè)與FPGA協(xié)調(diào)完成采樣過(guò)程。航飛試驗(yàn)結(jié)果分析左圖中可以看到在掃描角度26附近出現(xiàn)峰值。而由計(jì)算可得圖像拍攝時(shí)刻當(dāng)?shù)氐奶?yáng)高度角為64，即太陽(yáng)光對(duì)海面的入射角是26，因此儀器約在掃描角度26觀(guān)測(cè)到反射光，符合信號(hào)在此處陡增至最大值的趨勢(shì)。根據(jù)水體反射光偏振特性，自然光以非布儒斯特角入射光滑水面，反射和折射光均變成部分偏振光，其反射光偏振度為式中為自然光入射角度， 為水體的折射率。通常海水折射率大約是1.34，而太陽(yáng)光入射角如上述分析可知是26，通過(guò)上式計(jì)算可得當(dāng)時(shí)海面反射光偏振度的理論值約為32.83。右圖是對(duì)圖中0、45、90三個(gè)偏振態(tài)下的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行偏振度計(jì)算得到的結(jié)果，圖中偏振度（DOP的最大值出現(xiàn)在26.4附近，約為32.97