3202 红外与激光工程 第42卷 有很多，彼此之间的差异很大，适用的范围也不同。其 0引言 中，杂散光系数和点源透过率(PST)以及辐照度分析 多谱段红外相机是应用于卫星系统之上，用于 图是衡量光学系统杂散光水平常用的评价方法。杂散 远距离点目标探测的空间光学遥感仪器，高灵敏度 光系数是杂散光实验测量结果最常用的表示方式，点 是成功获取信息的关键。杂散辐射，也称为杂散光， 源透过率和辐照度分析图是杂散光分析软件常用的 是影响红外相机成像质量的重要因素。严重的杂散 输出结果形式。由于工程实践中通常使用光线追迹软 辐射可能会导致系统无法正常工作-。因此，为了 件来仿真分析空间遥感器的杂散辐射，所以下面详细 抑制系统的杂散辐射，提高系统的信噪比，需要在光 介绍点源透过率和照度分析图这两种评价方法。 学系统基本定型后详细分析系统中的杂散辐射来 2.1点源透过率 源，评价系统的杂散辐射水平。同时，对于严重影响 点源透过率(PST)定义为：离轴角为0的点光源 成像的杂光路径提出有效的抑制措施，从而将杂散 经过光学系统在探测器上形成的辐照度E()与光 辐射的影响控制在可接受的范围内，确保多谱段相 源在光学系统入瞳处的等效辐照度E,()之比，数学 机在各种工况下正常工作。 表达式为： 1杂散辐射来源分析 PST(8)=E(0 E(θ) 点源透过率是一个可测的能够表征光学系统消 杂散辐射，又称为杂散光，是指到达光学系统探 杂散光水平的指标，它与点光源的辐射强度无关，与 测器像面的非成像光线的辐射能，以及通过非正常 探测器和系统人瞳的尺寸也是无关的，而且结果是 光路到达探测器的成像光线辐射能B-。对于可见光 个无量纲的数值。通过测得离轴点源在系统入瞳和 通道一般称为杂散光，红外通道则称为杂散辐射。 探测器上的辐照度，便可计算得到点源透过率的值向。 多谱段相机光学系统的杂散辐射源如表1所 2.2辐照度分析图 示。其中，太阳和地球大气的杂散辐射对系统影响较 辐照度分析图是对选定的某一个具体表面来定 大，所以下面详细分析了它们在各种工作状态下对 义的，显示了入射到单位接收表面的辐射功率。如果 系统成像的影响。 选择最终的成像面进行分析，则可以得到成像面上 表1多谱段红外相机系统杂散辐射源 的辐射功率，通过分析辐照度的均匀性可以得出系 Tab.1 Stray radiation sources of multispectral 统杂散光水平的数量级。需要注意的是，在杂散光分 infrared camera system 析软件中，如果模拟的杂散光数量不够，将引起成像 Stray radiation Radiation characteristics 面上的照度不均匀。因此，为了得到更准确的模拟结 sources 果，需要追迹足够多数量的光线。多谱段相机红外 Out-field stray radiation source. The irradiance at entrance pupil:2.7-2.95 um 光学系统的杂散辐射分析根据像面接收到的最大辐 Solar band is 8.05 W/m2 and 4.2-4.45 um band is 1.73W/m2. 照度来评价系统的杂散辐射水平。 One of the camera measurement targets. In-field earth atmosphere radiation is the valid 3系统建模 Terrestrial signal,while the out-field earth atmosphere radiation which reaches the imaging plane is 文中分析的工作情况针对的是某型号多谱段红 considered as stray radiation. 外相机星下点测量模式。卫星轨道高度750.543km, Other radiations The scattering and radiation of the structure within the system. 工作谱段2.7~2.95um、4.2~4.45μm。此时不考虑卫 星平台的偏转，遮阳罩端面法线正对地心，卫星与地 球、太阳光的位置关系如图1所示。相机轨道按照平 2杂散辐射的评价方法 均高度750km计算，那么图中太阳光直射入遮阳罩 用来衡量空间光学系统杂散光水平的评价方法时的极限角度α为63.5°。此角度作为太阳光入射相红外与激光工程 第 42 卷 0 引 言 多谱段红外相机是应用于卫星系统之上 ， 用于 远距离点目标探测的空间光学遥感仪器 ， 高灵敏度 是成功获取信息的关键 。 杂散辐射 ，也称为杂散光 ， 是影响红外相机成像质量的重要因素 。 严重的杂散 辐射可能会导致系统无法正常工作[1-2] 。 因此 ，为了 抑制系统的杂散辐射 ，提高系统的信噪比 ，需要在光 学系统基本定型后详细分析系统中的杂散辐射来 源，评价系统的杂散辐射水平 。 同时 ，对于严重影响 成像的杂光路径提出有效的抑制措施 ， 从而将杂散 辐射的影响控制在可接受的范围内 ， 确保多谱段相 机在各种工况下正常工作。 1 杂散辐射来源分析 杂散辐射，又称为杂散光 ，是指到达光学系统探 测器像面的非成像光线的辐射能 ， 以及通过非正常 光路到达探测器的成像光线辐射能[3-5] 。 对于可见光 通道一般称为杂散光，红外通道则称为杂散辐射。 多谱段相机光学系统的杂散辐射源如表 1 所 示 。 其中，太阳和地球大气的杂散辐射对系统影响较 大 ， 所以下面详细分析了它们在各种工作状态下对 系统成像的影响。 表 1 多谱段红外相机系统杂散辐射源 Tab.1 Stray radiation sources of multispectral infrared camera system 2 杂散辐射的评价方法 用来衡量空间光学系统杂散光水平的评价方法 有很多，彼此之间的差异很大，适用的范围也不同。 其 中 ，杂散光系数和点源透过率(PST)以及辐照度分析 图是衡量光学系统杂散光水平常用的评价方法。 杂散 光系数是杂散光实验测量结果最常用的表示方式，点 源透过率和辐照度分析图是杂散光分析软件常用的 输出结果形式。 由于工程实践中通常使用光线追迹软 件来仿真分析空间遥感器的杂散辐射，所以下面详细 介绍点源透过率和辐照度分析图这两种评价方法。 2.1 点源透过率 点源透过率(PST)定义为 ：离轴角为 兹 的点光源 经过光学系统在探测器上形成的辐照度 Ed(兹)与光 源在光学系统入瞳处的等效辐照度 Ei(兹)之比 ，数学 表达式为： PST(兹)= Ed(兹) Ei(兹) 点源透过率是一个可测的能够表征光学系统消 杂散光水平的指标 ，它与点光源的辐射强度无关 ，与 探测器和系统入瞳的尺寸也是无关的 ， 而且结果是 个无量纲的数值 。 通过测得离轴点源在系统入瞳和 探测器上的辐照度，便可计算得到点源透过率的值[6] 。 2.2 辐照度分析图 辐照度分析图是对选定的某一个具体表面来定 义的，显示了入射到单位接收表面的辐射功率。 如果 选择最终的成像面进行分析 ， 则可以得到成像面上 的辐射功率 ， 通过分析辐照度的均匀性可以得出系 统杂散光水平的数量级。 需要注意的是，在杂散光分 析软件中，如果模拟的杂散光数量不够 ，将引起成像 面上的照度不均匀。 因此，为了得到更准确的模拟结 果，需要追迹足够多数量的光线[7] 。 多谱段相机红外 光学系统的杂散辐射分析根据像面接收到的最大辐 照度来评价系统的杂散辐射水平。 3 系统建模 文中分析的工作情况针对的是某型号多谱段红 外相机星下点测量模式。 卫星轨道高度 750.543 km， 工作谱段 2.7~2.95 滋m、4.2~4.45 滋m。 此时不考虑卫 星平台的偏转 ，遮阳罩端面法线正对地心 ，卫星与地 球、太阳光的位置关系如图 1 所示。 相机轨道按照平 均高度 750 km 计算 ，那么图中太阳光直射入遮阳罩 时的极限角度 α 为 63.5°。 此角度作为太阳光入射相 Stray radiation sources Radiation characteristics Solar Out鄄field stray radiation source. The irradiance at entrance pupil: 2.7 -2.95 滋m band is 8.05 W/m2 and 4.2 -4.45 滋m band is 1.73 W/m2 . Terrestrial One of the camera measurement targets. In鄄field earth atmosphere radiation is the valid signal, while the out鄄field earth atmosphere radiation which reaches the imaging plane is considered as stray radiation. Other radiations The scattering and radiation of the structure within the system. 3202