GBT 43971-2024 遙感器定標(biāo)用積分球光源測試規(guī)范

遙感器定標(biāo)用積分球光源測試規(guī)范Testspecificationofintegratingspheresourceforremotesensorcalibration2024-04-25發(fā)布2024-11-01實施I前言 l2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14一般要求 24.1實驗室環(huán)境要求 24.2主要測試設(shè)備要求 25測試項目和方法 25.1測試前檢查 25.2光譜輻[射]亮度測試 25.3平面輻亮度非均勻性測試 35.4角度輻亮度非均勻性測試 45.5穩(wěn)定性測試 56測試檢查 67測試報告 6附錄A(資料性)積分球[光源]測試不確定度評定方法 7A.1光譜輻[射]亮度的測量不確定度評定 7A.2平面輻亮度非均勻性的測量不確定度評定 7A.3角度輻亮度非均勻性的測量不確定度評定 7附錄B(資料性)測試結(jié)果示例 8B.1光譜輻[射]亮度測試結(jié)果示例 8B.2平面輻亮度非均勻性測試結(jié)果示例 8B.3水平方向角度輻亮度非均勻性測試結(jié)果示例 9B.4穩(wěn)定性測試結(jié)果示例 參考文獻(xiàn) Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國科學(xué)院提出。本文件由全國遙感技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC327)歸口。本文件起草單位：中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、中國計量科學(xué)研究院、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、國家衛(wèi)星氣象中心。1遙感器定標(biāo)用積分球光源測試規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了遙感器定標(biāo)用積分球光源測試的一般要求、測試項目和方法、測試檢查以及測試報告。本文件適用于通過內(nèi)置或外部引入，輸出波長范圍在紫外至短波紅外波段(350nm～2500nm),出光口直徑大于或等于100mm,用于遙感器輻射定標(biāo)的、具有連續(xù)光譜的積分球[光源]測試，其他積分球[光源]測試參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T25915.1—2021潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境第1部分：按粒子濃度劃分空氣潔凈度等級GB/T36299—2018光學(xué)遙感輻射傳輸基本術(shù)語3術(shù)語和定義GB/T36299—2018界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。積分球[光源]integratingsphere[source]具有已知光譜輻射特性的，用于對遙感器定標(biāo)的面光源。注：積分球[光源]具有良好的平面均勻性、角度均勻性和穩(wěn)定性。光譜輻[射]亮度spectralradiance單位波長上的輻[射]亮度。注：單位為瓦每平方米球面度納米[W/(m2·sr·nm)]。平面輻亮度非均勻性spatialradiancenon-uniformity積分球[光源]輻射輸出在出光平面內(nèi)、不同位置的法線方向的輻亮度的差異程度。積分球[光源]輻射輸出在出光平面內(nèi)、相對于中心法線不同方向輻亮度的差異程度。注：積分球[光源]出射面的光學(xué)特性近似于朗伯面，由于制作工藝等限制會有部分偏離朗伯余弦定律。穩(wěn)定性stability在規(guī)定工作條件下，積分球[光源]輸出的能量在規(guī)定時間內(nèi)保持不變的能力。24一般要求4.1實驗室環(huán)境要求遙感器定標(biāo)用積分球光源測試應(yīng)滿足的實驗室環(huán)境要求如下：a)環(huán)境溫度為(20±5)℃,環(huán)境相對濕度為35%～60%,測試時恒溫恒濕或滿足具體遙感器規(guī)定的實驗室定標(biāo)的溫濕度要求；b)實驗室潔凈度達(dá)到或高于GB/T25915.1—2021中4.3規(guī)定的ISO8級；c)實驗室測試區(qū)域具有消雜光措施，確保無雜散光進(jìn)入測量光路影響測量結(jié)果；d)實驗室內(nèi)無腐蝕性氣體，無影響檢測的強烈震動、強磁場和強電場的干擾；e)電源：交流(220±22)V,頻率(50±2.5)Hz。4.2主要測試設(shè)備要求4.2.1光譜輻射亮度計光譜輻射亮度計輸出的光譜輻[射]亮度值應(yīng)經(jīng)計量校準(zhǔn)，工作波段應(yīng)覆蓋測試所需的波段范圍，光譜分辨率應(yīng)優(yōu)于遙感器光譜分辨率的3倍～5倍，波長準(zhǔn)確度應(yīng)滿足遙感器定標(biāo)需求。選用已知光譜輻射響應(yīng)特性的探測器作為參考探測器。參考探測器視場角應(yīng)≤3°,非線性應(yīng)≤0.5%,穩(wěn)定性應(yīng)≥99.5%,工作波段及測量動態(tài)范圍滿足測試所需，根據(jù)實際測試需要可選擇全譜在水平方向和垂直方向進(jìn)行精確移動，行程范圍應(yīng)大于積分球[光源]出光口直徑，重復(fù)定位精度優(yōu)于±0.1mm。沿著中心及法線方向進(jìn)行角度移動，行程范圍不應(yīng)小于一45°~+45°,重復(fù)定位精度應(yīng)優(yōu)于±0.1°。5測試項目和方法5.1測試前檢查檢查內(nèi)容如下：a)積分球[光源]應(yīng)標(biāo)有名稱、規(guī)格型號、制造廠名、出廠編號；b)積分球[光源]內(nèi)部涂層應(yīng)無明顯污染或脫落現(xiàn)象；c)積分球[光源]系統(tǒng)可正常工作；d)采用計算機控制的儀器，應(yīng)通電檢查通信、控制正常。5.2光譜輻[射]亮度測試用經(jīng)過校準(zhǔn)的光譜輻射亮度計直接測量積分球[光源]出光平面的光譜輻[射]亮度，測試示意圖見圖1。主要測試步驟應(yīng)包括以下內(nèi)容。a)將光譜輻射亮度計的位置安裝在積分球[光源]出光平面中心法線上，調(diào)整測量方向使其垂直3GB/T43971—2024積分球[光源]出光平面，調(diào)整光譜輻射亮度計與積分球[光源]出光平面距離l,滿足積分球[光源]出光平面均勻的區(qū)域可充滿光譜輻射亮度計的視場角α的要求。b)根據(jù)光譜輻射亮度計和積分球[光源]的操作要求，進(jìn)行開機并完成預(yù)熱。c)光譜輻射亮度計連續(xù)測量n次(n≥10),將n次測量數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為積分球[光源]輸 (1)式中：L(λ)——積分球[光源]輸出波長λ處的光譜輻[射]亮度，單位為瓦每平方米球面度納米n——連續(xù)測量次數(shù)；L(λ);——光譜輻射亮度計在波長λ處，第i次測量的光譜輻[射]亮度值，單位為瓦每平方米球面度納米[W/(m2·sr·nm)]。d)對光譜輻[射]亮度測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定，不確定度評定方法見附錄A中A.1,積分球[光源]的光譜輻[射]亮度測試結(jié)果示例見附錄B中B.1。標(biāo)引序號說明：1——光譜輻射亮度計；2——積分球[光源]出光平面；l——光譜輻射亮度計與積分球[光源]出光平面距離；α——光譜輻射亮度計的視場角。圖1積分球[光源]光譜輻[射]亮度測試示意圖5.3平面輻亮度非均勻性測試用參考探測器和二維平移臺進(jìn)行平面輻亮度非均勻性的測試，主要測試步驟包括以下內(nèi)容。a)根據(jù)待定標(biāo)遙感器的視場、口徑和與積分球[光源]出光平面的距離來確定積分球[光源]平面輻亮度非均勻性的測量區(qū)域，應(yīng)保證測量區(qū)域中心與積分球[光源]的出光平面中心重合。b)將參考探測器固定在二維平移臺上，調(diào)整二維平移臺與出光平面的距離，保證參考探測器觀測到各測點的測量區(qū)域不重疊，參考探測器的響應(yīng)值不應(yīng)受積分球[光源]的熱輻射影響(必要時采取散熱措施)。c)設(shè)置二維平移臺，調(diào)整二維平移臺的掃描平面的法線垂直于積分球[光源]出光平面，將參考探邊緣的距離，通過測量參考探測器與積分球[光源]上下和左右邊緣位置距離的相對偏差小于2mm。4d)調(diào)整參考探測器的角度使參考探測器的測量光路垂直于積分球[光源]的出光平面。e)根據(jù)參考探測器和積分球[光源]的操作要求，進(jìn)行開機并完成預(yù)熱。f)設(shè)置二維平移臺，使其分別沿水平方向(X軸)和豎直方向(Y軸)平移參考探測器，同時進(jìn)行網(wǎng)格狀測量，平面輻亮度非均勻性網(wǎng)格狀測點分布見圖2,其中測點間距應(yīng)使參考探測器觀測到的各測點區(qū)域不重疊且通過直徑的測點數(shù)≥5。g)在每個測點連續(xù)采樣測量n次(n≥10),j位置測點的測量值V,為n次采樣測量值的算術(shù)平h)按公式(2)計算平面輻亮度非均勻性： (2)NMap——平面輻亮度非均勻性；Smp——m個有效位置測點的測量值的標(biāo)準(zhǔn)差，按公式(3)計算：V;——j位置測點的測量值，是第j位置測點的n次采樣測量值的算術(shù)平均值；m——有效測點的數(shù)量；j——測點位置序號。i)對平面輻亮度非均勻性測試結(jié)果進(jìn)行不確定度評定，評定方法見A.2,在給出的測試結(jié)果中應(yīng)注明其所對應(yīng)的測量區(qū)域，平面輻亮度非均勻性測試結(jié)果可用圖、表等形式進(jìn)行表達(dá)，測試結(jié)果示例見B.2。標(biāo)引序號說明：1——積分球[光源]出光平面；2——有效測點。圖2平面輻亮度非均勻性網(wǎng)格狀測點分布圖5.4角度輻亮度非均勻性測試用參考探測器和角位移臺進(jìn)行角度輻亮度非均勻性的測試，主要測試步驟應(yīng)包括以下內(nèi)容。a)將參考探測器固定在角位移臺上，調(diào)整角位移臺弧形運動的圓心與積分球[光源]出光平面的b)設(shè)置角位移臺旋轉(zhuǎn)參考探測器，觀察并調(diào)整測量光路始終指向積分球[光源]出光平面的中心。5c)根據(jù)參考探測器和積分球[光源]的操作要求，進(jìn)行開機并完成預(yù)熱。d)設(shè)定參考探測器測量光路與積分球[光源]出光平面中心法線重合為0°方向位置，分別在水平和豎直方位內(nèi)，間隔5°沿弧形導(dǎo)軌運動并測量(當(dāng)待定標(biāo)遙感器視場較小時可選擇測試需要的角度間隔),其中運動角度范圍為一45°~45°(當(dāng)待定標(biāo)遙感器視場較小時可選擇測試需要的角度范圍),水平方位角度輻亮度非均勻性測試示意圖(俯視)見圖3。e)在每個測點，參考探測器連續(xù)測量n次(n≥10),角度測點α位置的測量值V。為n次采樣測量值的算術(shù)平均值。f)通過參考探測器各測點測量值V。的標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值計算角度輻亮度非均勻性，按公式(4)計算：式中：N?！嵌容椓炼确蔷鶆蛐裕弧?5)式中：V?！猘位置測點的測量值，是第α位置測點的n次采樣測量值的算術(shù)平均值；p——測點的數(shù)目；α——測點位置序號。g)對角度輻亮度非均勻性測試進(jìn)行不確定度評定，評定方法見A.3,角度輻亮度非均勻性測試結(jié)果可用圖、表等形式進(jìn)行表達(dá)，水平方位角輻亮度非均勻性測試結(jié)果示例見B.3。圖3水平方位角度輻亮度非均勻性測試示意圖(俯視)5.5穩(wěn)定性測試采用參考探測器和二維平移臺進(jìn)行穩(wěn)定性的測試，主要測試步驟應(yīng)包括：a)將參考探測器固定在二維平移臺上，調(diào)整其測量光路垂直于積分球[光源]的出光平面，且位于出光平面中心位置，并與出光面相距≥100mm;b)根據(jù)參考探測器和積分球[光源]的操作規(guī)范，進(jìn)行開機并完成預(yù)熱；6GB/T43971—2024c)預(yù)熱完成后，連續(xù)測量1h或根據(jù)需求設(shè)置測量時間，參考探測器每隔10s測量一次；d)通過參考探測器各時間測點測量值計算穩(wěn)定性，按公式(6)計算。…………(6)式中：S,——積分球[光源]在測量時間內(nèi)的穩(wěn)定性；t為測量時長(t=1,2,3,…),單位為小時(h);Vmax——測量時間內(nèi)，測量值的最大值；Vmin——測量時間內(nèi)，測量值的最小值；V測量時間內(nèi)，測量值的平均值。6測試檢查遙感器定標(biāo)用積分球光源產(chǎn)品的測試檢查包括但不限于表1所列內(nèi)容。表1遙感器定標(biāo)用積分球光源測試檢查內(nèi)容檢查項目測試方法實驗室環(huán)境按4.1執(zhí)行測試前檢查按5.1執(zhí)行光譜輻[射]亮度按5.2執(zhí)行平面輻亮度非均勻性按5.3執(zhí)行角度輻亮度非均勻性根據(jù)用戶的使用，是否存在；如存在，按5.4執(zhí)行穩(wěn)定性按5.5執(zhí)行7測試報告測試結(jié)果以測試報告的形式給出，應(yīng)包括但不限于以下內(nèi)容：a)測試方名稱與地址；b)委托方名稱與地址；c)測試的地點；d)測試報告的唯一性標(biāo)識，每頁及總頁數(shù)標(biāo)識；e)被測積分球[光源]的唯一性標(biāo)識、規(guī)格型號和說明；f)測試日期；g)測試人員信息；h)測試的環(huán)境參數(shù)，包括溫度、濕度等；i)測試方法的依據(jù)；j)所用測量設(shè)備的標(biāo)識；k)測量導(dǎo)出的結(jié)果(以表格、圖及其他可表達(dá)的方式加以說明);1)測試結(jié)果的不確定度；m)測試結(jié)果僅對被測對象有效的聲明。7(資料性)積分球[光源]測試不確定度評定方法A.1光譜輻[射]亮度的測量不確定度評定積分球[光源]的光譜輻[射]亮度測量不確定度由光譜輻[射]亮度多次測量引入的不確定度、光譜輻射亮度計校準(zhǔn)引入的不確定度、光譜輻射亮度計長期穩(wěn)定性引入的不確定度(使用前進(jìn)行校準(zhǔn)可忽略此項)、平面輻亮度非均勻性引入的不確定度、角度輻亮度非均勻性引入的不確定度和積分球[光源]穩(wěn)定性引入的不確定組成，積分球[光源]的光譜輻[射]亮度測量不確定度由公式(A.1)計算：ue=√uì+u?+u:+ukp+ui+ui式中：u?！e分球[光源]的光譜輻[射]亮度測量不確定度；uA——多次測量引入的不確定度；ui——光譜輻射亮度計校準(zhǔn)引入的不確定度；us——光譜輻射亮度計長期穩(wěn)定性引入的不確定度；umap——平面輻亮度非均勻性引入的不確定度，uMap=NMap;u?！嵌容椓炼确蔷鶆蛐砸氲牟淮_定度，u。=N。;uh——積分球[光源]穩(wěn)定性引入的不確定。A.2平面輻亮度非均勻性的測量不確定度評定積分球[光源]平面輻亮度非均勻性測量不確定度由平面輻亮度非均勻性多次測量引入的不確定度、測點數(shù)量和位置偏差引入的不確定度組成，積分球[光源]平面輻亮度非均勻性不確定度由公式um=√ui+ui……(A.2)式中：uy——積分球[光源]平面輻亮度非均勻性不確定度；u?——多次測量引入的不確定度；ua——測點數(shù)量和位置偏差引入的不確定度。A.3角度輻亮度非均勻性的測量不確定度評定積分球[光源]角度輻亮度非均勻性測量不確定度由角度輻亮度非均勻性多次測量引入的不確定度和測點數(shù)量引入的不確定度組成，積分球[光源]角度輻亮度非均勻性不確定度由公式(A.3)計算：式中：umg——積分球[光源]角度輻亮度非均勻性不確定度；u?——角度輻亮度非均勻性多次測量引入的不確定度；ua——測點數(shù)量引入的不確定度。8(資料性)測試結(jié)果示例表B.1給出了積分球[光源]的光譜輻[射]亮度測試結(jié)果示例，以積分球[光源]工作狀態(tài)為所有鹵鎢燈額定功率打開為例。圖B.1給出了按波長繪制的光譜輻[射]亮度測試結(jié)果曲線圖示例。表B.1光譜輻[射]亮度測試結(jié)果示例(積分球[光源]工作狀態(tài)：所有鹵鎢燈額定功率打開)波長/nm輻射亮度/[W/(m2·sr·nm)]擴展不確定度/%波長/nm輻射亮度/[W/(m2·sr·nm)]擴展不確定度/%4.56×10-36.15×10-l7.87×10-35.54×10-1…·6.37×10~124002.23×10-26.31×10~125001.69×10-26.14×10-1波長/nm圖B.1光譜輻[射]亮度測試結(jié)果曲線圖示例圖B.2給出了測量點位置分布示意圖和積分球[光源]出光口的尺寸，以積分球[光源]工作狀態(tài)為所有鹵鎢燈額定功率打開為例。表B.2給出了根據(jù)圖B.2的測量點位置分布，繪制并填上各測點測量歸一化輻亮度值的示例。取表B.2中灰色部分?jǐn)?shù)據(jù)，按公式(2)計算平面輻亮度非均勻性，結(jié)果是在積分球[光源]出光口500mm內(nèi)，平面輻亮度非均勻性為0.51%。9GB/T43971—2024單位為毫米-250-200-150-100-50050100150200250圖B.2測量點位置分布示意圖表B.2各測點測量的歸一化輻亮度值示例(積分球[光源]工作狀態(tài)：所有鹵鎢燈額定功率)測點位置-250-200-150-100-500—— 一 0.9850.9870.987 一 —0.9840.9890.9910.9920.9930.9910.9840.9840.9920.9930.9950.9950.9950.9900.9860.982—0.9880.9940.9950.9960