Ramalan nisbah isyarat-ke-hingar untuk spektrometer pengimejan bawaan angkasa berdasarkan sudut ketinggian suria dan pantulan permukaan
Pengenalan Latar Belakang
Nisbah isyarat-ke-hingar (SNR) merupakan penunjuk penting bagi prestasi pengesanan spektrometer pengimejan, yang memberi kesan langsung kepada kualiti pemerolehan maklumat spektrum daripada objek darat. Dalam spektrometer pengimejan bawaan angkasa, SNR menentukan keupayaan pengenalpastian berkesan ciri spektrum sasaran seperti tumbuh-tumbuhan, badan air dan mineral. Oleh kerana geometri pemerhatian dan ciri pantulan permukaan mempengaruhi sinaran anak mata masuk dengan ketara, SNR spektrometer pengimejan berbeza-beza dengan ketara di bawah sudut altitud suria dan keadaan pantulan permukaan yang berbeza. Oleh itu, adalah perlu untuk meramalkan SNR secara kuantitatif berdasarkan keadaan pemerhatian biasa semasa fasa reka bentuk instrumen dan penilaian prestasi.
Prinsip Teknikal
Nisbah isyarat-ke-hingar (SNR) ditakrifkan sebagai nisbah bilangan elektron isyarat Ns kepada jumlah hingar sistem σ.

Memandangkan sudut ketinggian suria dan pantulan permukaan, bilangan elektron isyarat dalam jalur spektrum tunggal pengesan boleh dinyatakan sebagai:

Dalam formula, Lλ ialah sinaran spektrum anak mata masuk, Δλ ialah lebar jalur spektrum, A ialah luas piksel, Ω ialah sudut pepejal setara, t ialah masa integrasi, τ ialah transmisi sistem, η ialah kecekapan kuantum, h ialah pemalar Planck, dan c ialah kelajuan cahaya. Jumlah hingar sistem diperoleh dengan menindih berbilang sumber hingar:

Di mana, σgelapUntuk hingar arus gelap, σbacaUntuk membaca hingar, σtentangUntuk mengukur hingar, σ2tembakan=NsIni adalah hingar foton. Sinaran spektrum anak mata masuk boleh disimulasikan menggunakan model pemindahan sinaran atmosfera Modtran atau 6S, dan berdasarkan ini, penilaian kuantitatif nisbah isyarat-ke-hingar untuk setiap jalur boleh dilengkapkan.
Eksperimen Simulasi
Dengan mengambil sejenis spektrometer pengimejan bawaan angkasa serakan tertentu dari Xiguang sebagai contoh, prestasi nisbah isyarat-ke-hingarnya telah disimulasikan dan dinilai. Parameter utama instrumen ditunjukkan dalam Jadual 1.

Jadual 1. Parameter separa bagi model spektrometer pengimejan Xiguang tertentu
Di bawah keadaan sinaran sudut ketinggian suria 70° dan pantulan permukaan 60%, sinaran anak mata masuk dalam jalur cahaya nampak telah disimulasikan menggunakan perisian MODTRAN. Parameter input utama perisian dan sinaran spektrum anak mata masuk terbalik ditunjukkan dalam Jadual 2 dan Rajah 1.

Jadual 2. Parameter Input Utama untuk Perisian

Rajah 1. Keputusan penyongsangan sinaran anak mata masuk
Keputusan dan Analisis Data
Lengkung sinaran anak mata masuk diperoleh dengan mengambil semula sampel lengkung sinaran anak mata masuk pada panjang gelombang tengah kamera dan membuang puncak penyerapan atmosfera, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.

Rajah 2. Lengkung sinaran anak mata masuk yang disampel semula
Keputusan nisbah isyarat-kepada-hingar (SNR) untuk setiap jalur telah dikira selanjutnya, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Keputusan menunjukkan bahawa taburan SNR keseluruhan merentasi jalur spektrum adalah agak lancar, dengan purata SNR kira-kira 42.18 dB. Dalam kebanyakan jalur, sistem mempamerkan keadaan operasi yang didominasi hingar foton; hingar bacaan dan hingar arus gelap menyumbang agak sedikit kepada jumlah hingar.

Rajah 3. Keputusan pengiraan nisbah isyarat-ke-hingar untuk setiap saluran
Penurunan sedikit dalam nisbah isyarat-ke-bunyi diperhatikan dalam beberapa jalur, terutamanya berkaitan dengan pengurangan sinaran anak mata masuk pada tepi spektrum atau ciri penyerapan berhampiran, yang merupakan fenomena fizikal biasa yang disebabkan oleh perubahan dalam taburan tenaga spektrum. Secara keseluruhan, spektrometer pengimejan mempamerkan prestasi nisbah isyarat-ke-bunyi yang baik di bawah keadaan pemerhatian tipikal yang ditetapkan, dan boleh memenuhi keperluan aplikasi untuk pengesanan spektrum dan penyongsangan kuantitatif objek tanah dalam jalur cahaya yang boleh dilihat.

