[发明专利]一种多光谱噪声等效温差测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种多光谱噪声等效温差测试装置，包括面源黑体，面源黑体的辐射光传输方向设有圆形可变滤光片轮，圆形可变滤光片轮的一侧沿光传输方向设有离轴双曲面反射镜，离轴双曲面反射镜的一侧沿光传输方向设有离轴抛物面反射镜；所述面源黑体经离轴双曲面反射镜的虚像点与离轴抛物面反射镜的焦点重合；离轴抛物面反射镜的一侧沿光传输方向设有傅里叶光谱仪；同时公开了一种测试方法。本发明装置具有自定标功能，可以随时校正测试系统自身光学元件透过率及背景辐射，消除系统误差；本发明方法利用普朗克函数代替多项式对数据进行拟合，不仅物理意义更加明确，而且抑制了测试过程中随机误差的影响，在小动态范围系统NETD测试中具有优势。

技术领域

本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种多光谱噪声等效温差测试装置及方法。

背景技术

噪声等效温差是能客观评价红外系统综合性能的指标，根据噪声等效温差的测试结果，可以对空间红外目标探测系统的作用距离进行估计，也可以评估地基大口径红外天文望远镜在选定台址的极限星等，具有非常重要的国防及科学意义。

测量噪声等效温差(Noise Equivalent Temperature Difference，简称NETD)需要已知辐射亮度的实验室黑体，主要方法有两种，测量原理分别如下：

1)单点差分场法，需要黑体和背景的温差ΔT已知，统计当前温度黑体和背景一段时间内信号的均值之差ΔS和黑体信号的标准差σ，已知黑体发射率ε和光学透过率τ_opt，则噪声等效温差：

2)多点均匀场法，需要多个温度点的黑体温度及其信号读数，利用多项式拟合得到黑体信号输出和温度的函数关系，通过对温度求导得到信号随温度变化率dS/dT；统计一段时间内黑体信号标准差σ，已知黑体发射率ε和光学透过率τ_opt，则给定黑体温度T处的噪声等效温差：

两个方法在思想及原理上是一致的，方法1需要黑体和背景差分信号，要求被测系统能观测面源，为了获得足够信噪比，要求温差ΔT足够大，这增大了信号随温度变化率的测量误差；方法2需要控制黑体温度变化，通过数据多项式拟合方法来推导信号随温度变化率，对于动态范围小的系统(采用8位探测器)，会有较大拟合误差，而且多项式拟合外推误差较大，不适合用于评估系统对低温目标的探测能力。

传统的NETD测量装置均用来测量某一宽波段范围NETD，黑体温度通常在常温，不能用来评估用于天文选址的大气红外辐射测量系统、用于环境监测的气体红外光谱探测等系统的探测能力。这类系统在研制阶段需要评价光谱探测性能，并筛选出性能最优的光谱用于实际测量；由于被测目标是气体，通常信号很弱，等效黑体温度通常在零下几十摄氏度。所以，需要新型的NETD测量方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多光谱噪声等效温差测试装置，同时提供利用该装置的测量方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多光谱噪声等效温差测试装置，包括面源黑体，面源黑体的辐射光传输方向设有圆形可变滤光片轮，圆形可变滤光片轮的一侧沿光传输方向设有离轴双曲面反射镜，离轴双曲面反射镜的一侧沿光传输方向设有离轴抛物面反射镜；所述面源黑体经离轴双曲面反射镜的虚像点与离轴抛物面反射镜的焦点重合；离轴抛物面反射镜的一侧沿光传输方向设有傅里叶光谱仪。

优选的，所述傅里叶光谱仪和离轴抛物面反射镜之间设有待测元件。