仪器能指标的动态范围是，频谱分析仪的主要技术指标有哪些

一、超声波探伤仪的主要性能指标有哪些

（1）垂直线性：是指仪器波屏上波高与探头接受信号之间成正比的程度，垂直线性的好坏影响缺陷定量精度。

（2）水平线性：是指仪器示波屏上时基线显示的水平刻度值与实际声程之间成正比的程度，或者说是示波屏上多次底波等距离的程度，水平线性的好坏以水平线性误差来表示。

（3）动态范围：是指示波屏容纳信号大小的能力，将满幅度100%某波高用[衰减器]衰减到刚能识别的最小值所需要衰减的分贝值就是仪器的动态范围，以仪器的dB数来表示。

二、频谱分析仪的主要技术指标有哪些

频谱分析仪的主要技术指标有频率范围、分辨力、分析谱宽、分析时间、扫频速度、灵敏度、显示方式和假响应。频谱分析仪进行正常工作的频率区间。现代频谱仪的频率范围能从低于1赫直至300吉赫。频谱分析仪在显示器上能够区分最邻近的两条谱线之间频率间隔的能力，是频谱分析仪最重要的技术指标。分辨力与滤波器型式、波形因数、带宽、本振稳定度、剩余调频和边带噪声等因素有关，扫频式频谱分析仪的分辨力还与扫描速度有关。分辨带宽越窄越好。现代频谱仪在高频段分辨力为10～100赫。

频谱分析仪在显示器上能够区分最邻近的两条谱线之间频率间隔的能力，是频谱分析仪最重要的技术指标。分辨力与滤波器型式、波形因数、带宽、本振稳定度、剩余调频和边带噪声等因素有关，扫频式频谱分析仪的分辨力还与扫描速度有关。分辨带宽越窄越好。现代频谱仪在高频段分辨力为10～100赫。

三、载荷性能指标及影响因素分析

随着遥感成像技术的不断发展，星载遥感器系统变得越来越复杂，正向着具有更高空间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率的方向发展，特别是高光谱遥感技术的出现，其数据质量和产品真实性受载荷技术指标、平台参数、辐射传输过程及各种检测/分类算法等多种因素的影响。而目前的成像系统设计都综合考虑在成本、研制周期及降低风险的限制下获得最优的数据质量。因此，星载高光谱遥感器的设计、评价和遥感任务预测面临一系列的挑战。我国已经将星载高光谱成像仪立项，高光谱遥感图像作为一种产品，对其质量的评价，必将随着高光谱遥感图像应用的进一步深入而引起越来越多的关注；此外，我国发射的卫星载荷普遍存在上星后载荷性能退化严重等问题，影响了载荷数据的有效应用。如何在上星前将载荷设计、应用潜力预测和评价相结合，获得高质量且满足应用部门需求的遥感数据是当前高光谱遥感应用亟待解决的关键技术之一。

针对影响高光谱数据质量的各种因素，从辐射质量要素、几何质量要素、光谱质量要素等方面展开详细的分析与研究；针对各个要素包含指标的释义、模型、影响环节等展开了详细的分析与总结，为后续高光谱数据质量与应用能力评价模型的建立奠定了良好的技术基础。

2.4.1辐射质量要素

2.4.1.1辐射定标精度

（1）说明/释义

辐射定标包括相对辐射定标与绝对辐射定标。相对定标精度即（提升）遥感探测器元件归一化的精度，目的是为了校正遥感器中各个探测器元件响应度的差异，对遥感器测量到的原始数字值进行归一化处理，相对定标精度由相对定标过程中的各种参数测量、计算产生的不确定度得到；绝对辐射定标是建立遥感器记录的数字信号与相应的辐射能量之间对应关系的模型。定标精度指的是绝对定标过程中各种参数测量产生的不确定度。

相对定标精度计算如下：

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：DNcal-i为相对定标后的探测元件数字值；DNraw-i为原始探测器元件采集的数字值；Bi为第i个探测元件归一化后的偏置值，即归一化的暗电流；NG i为第i个探测元件归一化后的增益值。

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：ε相对定标为相对定标精度；ε1，ε2，…，εn为n个不确定度/误差。

绝对定标精度计算如下：

Rad＝ A·DN＋ B（2.6）

式中：Rad为辐亮度；A为增益系数；B为偏置；DN为仪器记录的数字值。

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：ε绝对定标为不确定度平方和的根；ε1，ε2，…，εn为测量过程中的各不确定度。

（2）影响因素

影响相对定标精度的因素包括：地物反射特性的均一性与稳定性、大气的吸收与散射、平台的稳定度与指向精度、探测器响应特性、地面平坦度、成像区域覆盖范围、太阳高度角、地物均值与方差的估计、区域选择等。

影响绝对定标精度的因素包括：大气光学厚度计算与测量误差、地面反射率测量误差、地物BRDF特性分析与测量、大气模式/大气吸收与垂直分布、探测器的响应特性（灵敏度、稳定性、均匀性等）、地表朗伯特性、定标环境、测量方法的不确定性等。

2.4.1.2动态范围

（1）说明/释义

传感器的动态范围是指传感器可以线性响应的入射辐亮度范围，即遥感器的探测器件从线性输出开始到达饱和的响应范围。理想的遥感器系统应该是线性的，探测器线性响应区的下限由噪声水平等决定，上限与探测器的阱深相对应。

［DNmin，DNmax］或［Rmin，Rmax］即为动态范围。

（2）影响因素

影响探测器的因素包括暗电流/低电平、阱深、响应函数等。动态范围一般通过在图像中找到明暗两种目标，然后根据定标系数与原始图像数据，计算两类明暗目标的反照率/辐亮度，然后外推得到当图像饱和时图像数据目标的反照度/辐亮度。因此，定标精度和明暗目标辐亮度的计算、拟合、外推方法也是影响动态范围估计的主要因素。

2.4.1.3信噪比

（1）说明/释义

信噪比是指输出信号与噪声的电压比值或输出信号与噪声的功率比值。当利用图像进行信噪比估计时，采用图像均值与方差的比值进行SNR估计。SNR计算方法主要包含以下两种方法：

A：

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：B（λ）为入射的光谱辐亮度（已转换为电子数）；

为散粒噪声方差；

为定标噪声方差；

为读出噪声方差；

为量化噪声方差。

B：

SNR＝mean/std（2.9）

式中：mean为图像均值；std为图像标准差。

（2）影响因素

影响系统SNR的主要因素为目标地物反射特性、大气透过率、能见度、光学系统透过率、衍射效率、探测器积分时间、量子效率、太阳高度角等。一般情况下，利用图像进行SNR估计的主要方法如下：选择均匀地物场景的图像进行均值与方差的计算得到SNR；也可以在同一地区选择地物反射特性类似的区域多次成像（成像时间接近），取多个SNR的平均值；也可以用该方法估计不同地区、不同地物、不同观测条件下的SNR。因此，估计方法选取、区域选取等也是影响系统 SNR的主要因素。

2.4.2几何质量要素

2.4.2.1调制传递函数

（1）说明/释义

调制传递函数反映遥感器（或图像）的光学对比度与空间频率的关系，是成像系统对所观察景物再现能力的度量。把成像物体看作是由各种空间频率组成的谱的形式，频率大小不同的成分经过成像系统调制后的下降程度也不同，描述各个空间频率调制度下降程度的函数称为调制传递函数（MTF）。从图像上可以利用点扩散函数/线扩散函数/边缘调制度等实现MTF的检测。

计算公式如下：

MTF＝图像的调制度/目标的调制度＝ Mi/M（2.10）

（2）影响因素

MTF主要影响因素包括：大气的光学湍流效应、气溶胶等散射；探测器单元尺寸、电子学的结构与工作方式、光学系统结构与性能、平台的运动与振动、探测器的采样、量化、衍射效率、探测器像元配准精度；观测距离/观路径长度；处理方法/MTF检测方法。

2.4.2.2空间分辨率

（1）说明/释义

光学遥感系统的空间分辨率是指与探测器单元对应的最小地面尺寸，地面分辨率（GSD）描述遥感器能区分两个相邻目标地物之间的最小距离，即遥感器单个探元所对应的地面投影尺寸。

计算公式如下：

高光谱遥感技术原理及矿产与能源勘查应用

式中：a为探元尺寸；H为卫星轨道高度；f为遥感器焦距。

（2）影响因素

影响因素主要包括：大气点扩散函数、探测器器件尺寸及性能、卫星平台高度、观测角度地形起伏。

2.4.3光谱质量要素

2.4.3.1光谱中心波长位置

（1）说明/释义

光谱中心波长位置是指某一光谱通道上，光谱响应函数峰值所对应的光谱波长位置，单位一般为nm，μm。

计算公式如下：

λ＝λ0｛λ0maxf（λ）｝（2.12）

（2）影响因素

研制阶段：光栅分光器件的光栅常数、闪耀级次、闪耀波长及衍射角（光栅分光器件性能）、狭缝宽度，探测器单元尺寸与响应灵敏度、光机结构、光学系统成像质量、仪器噪声水平、光谱响应函数测量仪器与环境性能等。

在轨阶段：系统分光器件性能衰减、探测器与分光器件结构变化、大气廓线临边测量的准确性或选择的地物矿物光谱特征的稳定性，光谱定标精度或光谱定标过程中的不确定性。

数据处理阶段：光谱响应函数拟合策略与光谱中心波长估算方法。

2.4.3.2光谱分辨率（波段光谱响应）

（1）说明/释义

光谱曲线上能够区分开的两个相邻波长的最小光谱间隔，其单位和波长的单位一致，一般为nm，μm。通常采用半高宽表征光谱分辨率。

计算公式如下：

Δλ＝λ2-λ1（2.13）

式中：λ2，λ1分别对应波段光谱响应下降到光谱最大响应值的50%时的波长位置/大小。

（2）影响因素

研制阶段：光栅分光器件的光栅常数、闪耀级次、闪耀波长及衍射角（光栅分光器件性能）、狭缝宽度、探测器单元尺寸与响应灵敏度、光机结构、光学系统成像质量、仪器噪声水平、光谱响应函数测量仪器与环境等。对于干涉型高光谱成像仪，两个干涉光束间的最大光程差对光谱分辨率具有决定性的作用。

在轨阶段：系统分光器件的性能衰减、探测器与分光器件结构变化、大气廓线临边测量的准确性或选择地物矿物光谱特征的稳定性。

数据处理阶段：光谱响应函数拟合策略与光谱分辨率计算方法。