快速成像光谱系统

trwis-3包括一个含有一对视轴相互平行的光栅光谱仪的传感器和两个电气盒。可见光/近红外(vnir)光谱仪的波段范围是400nm~1000nm，短波红外(swir)光谱仪的波段范围是900nm~2500nm。每个光谱仪都含有一套将景物成像到狭缝的折射式前置光学系统。通过狭缝的光被一个平面光栅在狭缝垂直的方向进行色散，然后成像在一个两维焦平面阵列上。沿狭缝方向的阵列提供空间景物信息，另一方向的阵列(狭缝光沿此阵列方向色散)提供光谱信息。沿垂直狭缝的方向推扫狭缝的像并依次存储焦面阵列(fpa's)所收集的空间/光谱信息，就可以产生一个2维的每个像素有384个谱段的空间影像。对vnir光谱仪，波段宽5nm;对swir光谱仪，波段宽度6.25nm ，trwis-3的主要性能参数列于表1。

表1 trwis-3性能表

参 数 性 能

质量(传感器探头)/kg <39

电源(28v直流)/w <800

瞬时视场/mrad 0.9

全视场/(°) 13.1(256横向像素)

光谱通道数 384

波长范围/nm 400~2 500

光谱波段宽度/nm 5(vnir)，6.25(swir)

光谱波段纯度 <24%(相邻通道)，<3%(隔两个通道)， <2%(隔三个通道或更远)

横迹光谱误差/nm <1.0(vnir)，<1.3

光谱通道的空间配准 小于瞬时视场的20%

帧速率/hz 15，30或60

位置/m <5(当可得到差分信号时)

指向/μrad <100(滚动、倾斜和偏航)

绝对辐射测量精度 <5%(1σ)

光谱标定精度/nm <1.0

像素-像素相对定标 <2%

量化/bit 12

数据存储能量/gb 16

trwis-3的整套设备包括飞行时对vnir和swir光谱仪进行定标的定标源(ifcs)、星载"全球定位系统"(gps)、用于确定指向惯性、仪器控制和高速数据存储器以及微机(一台)。

由于军事和国民经济的需要，近年来空间(对地)光学遥感技术取得迅猛地发展，各种各样的光学遥感器应运而生，并且技术性能也飞快的得到提高和完善。成像光谱仪的发展就是其中明显的例子之一。

常用的"空间分辨率"法是利用物质的形态特征来区分它们。这个方法以前、现在和将来仍然是识别物质的非常重要的手段，但它不总是高效率的。例如，对海水中叶绿素浓度的测量单靠形态学的特征，其测量精度往往是很低的。然而若利用物质光谱特征法来解决，便可得到人们极其满意的结果。

众所周知，任何两种不同的物质决不会有完全相同的光谱特性曲线。反之，任何一种物质也决不会有两种不同的光谱特性曲线。也就是说物质的光谱特性曲线是唯一的。于是，人们把光谱分辨率和空间分辨率结合起来，便具有了更高的探测和识别物质的能力。因此，成像光谱仪的产生及其飞速发展是显而易见的。

利用光谱图像数据可以识别和区分地面物质，但在工程实施上其光谱"采样"问题还必须满足下述3条基本要求:

采样的光谱波段必须窄到足以分辨物质狭窄的特征峰。显然波段越窄对物质的分辨能力越强;

具有足够数量的光谱波段且各波段尽量相互邻接;

还应具有一定宽的光谱范围以实现光谱图线的整体性。

上述3条基本要求是相对的以任务需求而定的，但对trwis-3来讲，这3顶指标均已达到很高的水平。

trw公司讲，他们设计trwis-3的目的有两个:第一，作为研究分类的仪器，使它能够在400nm~2500nm的波长范围内建立精确的超光谱数据库;第二，作为研制实用型超光谱仪器的第一件商品。它是一台高性能仪器，除极高的信噪比(snr)和所有的光谱通道能同时工作外，其还有gps定位数据，精确的辐射定标可搭载提供高质量的照片。该仪器已接近研制完成，可适应多个平台使用。

vnir和swir光谱仪在光学结构上是相似的。它们都有多个零件的折射式前置光学系统，该光学系统将景物成像在光谱仪的入射狭缝上。通过狭缝的光被一个离轴非球面零件反射到一个平面闪耀光栅上，光被光栅色散。从光栅反射的光被第二个离轴非球面零件反射并成像到焦面阵列上(fpa)。为使视场畸变最小，在狭缝后和焦面阵列前各放了一个折射式校正透镜。如果不校正这种畸变，将导致光谱通道的空间配准超出要求和横迹光谱误差。为了消除级次重叠，将一个级次选择滤光片直接放在每个焦面阵列的前面。

光学和焦面部件安装在特制的支架上，该支架能进行精确调整校准。当调整校准好之后，每次安装都用环氧树脂固定住或销子销住，形成一个非常牢固的部件。为减小仪器对温度变化的敏感性，将支架连接到用铟钢制的公用基板上。一个罩子连到基板上使光学系统与外面环境密封隔离起来。为使杂光的影响最小，所有支架和内部表面被漆成黑色。

每个焦面阵列的模拟信号处理器(asp)电子学线路安装在罩子的外面。对swir光谱仪，用于冷却焦面阵列的压缩机安装在基板的外面。惯性传感器安装在vnir光谱仪内的基板上。一旦装配、定位和定标完毕，通过垫片将两台光谱仪连接到基板上且校成视轴平行。swir光谱仪的前置光学系统具有较小的变焦能力以使vnir和swir的视场匹配。