化学蒸气被动红外遥感灵敏度研究.pdfVIP

第15卷第6期 量子电子学报 VoI．15No．6 CHINESEJOURNALOF ELECTRONICS 1998年12月 QUANTUM Dec．，1998 化学蒸气被动红外遥感的灵敏度研究+ 张骏苟毓龙 (中国科学院安徽光学精密机械研究所 合肥 230031) 摘 要 用等效温差描述化学蒸气，给出了分析探铡化学蒸气柱数密度G厶极限的方法，对实验结果 和计算机仿真结果进行了分析，结果表明。用辞效温差方法描述和评价气体CL大小的极限是一种 十分有效的方法，对实验和仿真结果的分析是可行的． 关键词被动遥感，红外光谱．灵敏度 1 引 言 被动傅里叶变换红外光谱仪(FTIS)用于环境监测【“，与常规的红外气体分析法相比，最 大特点是能同时测定多种成份，并一次获得各频率信号，具有较高的灵敏度．由于化学蒸气既 无固定的尺寸、又无固定的形状，且不断扩散和运动，要确定气体的温度是相当困难的．而定 量分析化学气体的浓度，也需要知道气体与背景的温度差．因此，确定该温差是分析探测器探 测能力的基本条件． 本文利用等效温差描述化学气体的辐射大小，在此基础上分析了FTIS探测器探测气体的 温差变化，对实验的数据和仿真数据进行了分析、比较． 2 分析原理 用于野外观测的被动FTIS仪器，对探测目标气体的信噪比(SNR)我们将做如下处理 当存在化学气体时。FTIS探测到的光谱辐射亮度可表示为【21 Lt(u)：B(％弓)ron+B(p，Tt)(1一n)％+B(v，F)(1一罚)(I) 式中；凡为云团的光谱透过率，B(¨已)为背景温度码的黑体辐射13]，B(¨五)为化学气体温 度为Tt的黑体辐射，徊(”，T)是大气温度为丁的黑体辐射，罚表示观测方向上大气总的透过 率，v为波数． 无化学气体出现时。假定各层大气温度均匀，式(1)可表示为 ￡口■)=B扣，马)下o+B(V，T)(1一％) 啦) 根据红外系统的信噪比SNR方程吧有 。国家自然科学基金资助璜日． 1998-01—22 收稿日期，1997-10-14；修改日期t 第6期 张 骏等，化学蒸气被动红外遥感的灵敏度研究 573 SNR2赫 (3) 其中z NEP表示仪器的噪声等效功率。Ap=Pt—P0表示有、无化学云团时仪器接收的功 率差．考虑到探测器本身的性能，以及探测器噪声限、探测器本身是场阑等条件，(3)式可变 为ts] sⅣR=i赫-△L·△V ca， 其中z r^代表该系统的光学接收能力，AD为探测器灵敏面积，D’为比探测率，％为系 统总的透过率，△L表示波数为”的有、无化学气体时的光谱辐射亮度差，△v为光谱分辨率 (cm-1)．AI为波数v的时间带宽，与干涉仪扫描速度有关，即 AI=熹 (5) 这里正可以表示为探测器积分时间． 噪声等效辐射亮度的表达式 NESR=￡％=矿桀‰ (6) (6)式说明，仪器的综合性能决定了系统噪声等效光谱辐射亮度的大小，同时也决定了仪器所能 探测到的最小温差变化(即噪声等效温差NEAT)．当FTIS测量系统在野外大气中操作时， 常受到大气、背景及系统噪声三方面的综合影响，要从无目标时的辐射项Lo(v)中分离出背 景、大气和噪声各自的贡献，是比较困难的．由于测量无目标