Kildeuafhængig radiometrisk kalibrering (SIRC) til infrarød fjernmåling med høj nøjagtighed

Radiometrisk kalibrering (RC) garanterer målinger fra infrarøde fotoniske sensorer med en vis nøjagtighed, hvor en traditionel strålingskilde vil introducere uventede usikkerheder for nedbrydning. For at overvinde en sådan begrænsning, Videnskabsmand i Kina foreslog et originalt kildeuafhængigt RC-princip (SIRC) ved at modellere den indfaldende baggrundsstråling til både fotoledende og fotovoltaiske HgCdTe-detektorer, henholdsvis. SIRC vil sikre en langsigtet stabil service af kinesiske geostationære meteorologiske satellitter og gavne den fremtidige infrarøde mikro-satellitkonstellation til klimaapplikationer.

For at garantere målinger fra infrarøde (IR) fotoniske sensorer med en vis nøjagtighed, radiometrisk kalibrering (RC) er implementeret til at bestemme sensorens radiometriske reaktionsevne og løses normalt ved at sammenligne med en strålingskilde (dvs. sortlegeme), kaldet kildebaseret RC (SBRC). SBRC-metoden giver en rimelig kalibreringsmåde, hvor den målrettede sensor måles som en sort boks for at opnå hele sin output, når man ser den indfaldende stråling fra en kilde. Imidlertid, der er tre væsentlige iboende begrænsninger i design, fremstillings- og anvendelsesaspekter for henholdsvis SBRC. For det første, da nogle ikke-ideelle karakteristika ved en kilde (dvs. emissiviteten af ​​en tilgængelig sort krop er absolut mindre end enhed) findes i naturen, den yderligere usikkerhed fra en sådan kilde til de endelige kalibreringsresultater er uundgåelig. For det andet det kan næppe garanteres, at en velkvalificeret sort krop sammen med en eller anden relevant samling er udstyret til alle IR-sensorer, især for dem ombord på de populære mikro-satellitplatforme. Endelig, forskellige kilder vil give ekstra vanskeligheder med at forene omkostningerne ved sporbarhed for forskellige sensorer, hvilket er uacceptabelt for de nuværende klima- og klimaændringsforskninger.

I et nyt blad udgivet i Lys:Videnskab og applikationer , et hold af videnskabsmænd, ledet af professor Qiang Guo fra National Satellite Meteorological Center, Kinas meteorologiske administration, Kina, og medarbejdere fra Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences har foreslået et originalt kildeuafhængigt RC (SIRC) princip baseret på modellering i stedet for at sammenligne for SBRC, hvor den indfaldende baggrundsstråling til detektor, som en domineret faktor, der påvirker reaktionsegenskaberne for en fotonisk sensor, er modelleret til at implementere RC for begge to grundlæggende typer (fotoledende og fotovoltaiske) af HgCdTe fotoniske detektorer. SIRC kræver blot temperaturinformationen for hovedkomponenterne i en sensor, bortset fra en kompleks kilde og dens samling, og giver en sporbar måde til lavere usikkerhedsomkostninger i forhold til den traditionelle SBRC.

I det væsentlige, karakteristikaene for sensorens kalibrerede respons er uafhængige af en sådan kendt og kontrolleret kilde (f.eks. sort krop for en IR-sensor), hvilket indebærer, at vi kan få dem på andre måder, f.eks. modellering med de dominerende påvirkningsfaktorer, i stedet for den traditionelle ved at bruge måling med en kilde. Disse videnskabsmænd opsummerer det operationelle princip for SIRC:

"Vi foreslår SIRC-princippet, som etablerer en ny metode til at kalibrere en infrarød fotonisk sensor ved at modellere forholdet mellem den indfaldende baggrundsstråling og dens reaktionsevne for de tilgængelige IR-fotoniske detektorer, især til pladsudnyttelse. De vigtigste defekter og begrænsninger ved SBRC er fuldstændig overvundet i SIRC, f.eks. uden yderligere usikkerhed fra kilden, uden at en kompleks kilde eller dens samling skal udstyres, og let at spore med nogle målte temperaturoplysninger for at give mere pålidelige målinger fra en sensor."

"Det foreslåede SIRC-princip forventes at etablere en helt ny løsning til både design og udvikling af en rumbåren IR-fotonisk sensor samt dens tilsvarende radiometriske kalibreringsbehandling på jorden, og især gavne IR-målenøjagtigheden af ​​mikro-satellitkonstellation på en mere anvendelig måde."

"SIRC er blevet implementeret i Fengyun-2 satellitter (FY-2G og FY-2F) siden 2019, som sikrer en langsigtet stabil service af kinesiske geostationære meteorologiske satellitter til det globale observationssystem inden for rammerne af World Meteorological Organisation. I øvrigt, et 20-årigt sporbart Fengyun-2-datasæt, der skal re-kalibreres med SIRC, vil gavne de yderligere klimaapplikationer."