随着航天遥感技术的发展,对遥感仪器的定标精度要求越来越高,这就需要高精度的工程应用定标光源。光学定标,在工程应用上是采用光学标准传递的方法对应用设备进行定标,而不是直接用原始标准对应用设备进行定标。其传递链路之一,比如将黑体辐射标准传递到定标积分球,再由积分球对应用设备进行定标。因此,传递链路的中间环节的精度高低,直接影响了对应用设备定标的精度,从而影响设备的分辨率、成像质量和精度等技术指标。
积分球辐射源是一种非常优异的定标光源,其输出的辐亮度面均匀性和稳定性是普通光源无法比拟的。在需要使用面光源的领域,被广泛用于光学探测器的实验室定标,遥感卫星发射前光学传感器的定标,以及卫星的星上定标。辐射源的稳定性、精确度对于定标系统至关重要,直接影响到被定标的探测器的成像质量和精度,如何提高积分球辐射源的稳定性和精度是国内外光学定标研究领域普遍探索的问题。
引起积分球输出不稳定的因数有很多,如积分球反射率的变化,光源自身电阻的变化,供电电源的电流、电压的变化等。积分球光源的供电方式,国内外通常的做法是,采用直流稳流电源给光源灯泡供电。因此,积分球的光通量、辐亮度的稳定性、面均匀性等指标就取决于供电电源的精度指标。对于光源灯泡电阻变化引起的光通量、辐亮度的变化——这是因为灯泡是采用恒流源供电,负载电阻变化时要保持电流不变,加在负载电阻两端的电压必定要改变,光源灯泡得到的实际供电功率随之改变,供给光源实际功率的改变必定引起光通量的变化,从而引起辐亮度的变化;对于积分球的反射率变化引起的光通量、辐亮度变化,电源是无法控制的。
提高积分球辐射源精度的两个创新点在于:(1)光源供电电源的恒定功率控制。(2)光通量变化的补偿控制。采用单片机作为控制部件,其作为数据采集、模数、数模转换,不影响稳流电源电流大小的任意调节,也可以方便地和计算机连接。通过单片机对电源功率的控制和光通量的补偿,极大地提高了积分球辐亮度的稳定性和面均匀性。由此制成的积分球辐射源系统具有稳定度高、精度高、线性和面均匀性好,是较理想的定标光源。结果证明,用控制光源供电方法提高积分球精度的做法是正确的。
均匀光源积分球体包括非均匀光源进光口和均匀光源出光口,支架固定与积分球的两侧。出光口位于前半球的中间,非均匀光源进光口围绕出口光而设计。进光口和出光口尺寸皆可定制,亮度、色温可调亦可定制。不同的光源分布设计,亮度均匀性可达到90%~99%。