无缝光谱成像的仿真方法及应用

专利主权项内容

1.一种无缝光谱成像的仿真方法，其特征在于，所述方法包括：S1、根据无缝光谱成像设备的设计参数、光栅的性能参数，计算得到各级次无缝光谱与探测器焦面图像的位置、形态之间的对应关系；所述无缝光谱成像设备的设计参数包括：主光轴与光栅的夹角、光栅与探测器焦面的夹角、光栅面到探测器焦面的距离；光栅的性能参数包括波长范围、光栅的刻线密度、光栅各级次的通光效率；S2、根据步骤S1中的所述对应关系，对于给定的多源无缝光谱，在探测器焦面上逐个像元进行色散，得到多源无缝光谱在探测器焦面上的仿真图像；S3、在步骤S2逐个像元进行色散的同时，记录落在该像元处的仿真天体的ID，计算该像元处的信噪比；S4、根据步骤S2逐个像元色散的结果、及步骤S3中的所述信噪比，计算仿真的天体光谱的污染比例、及无缝光谱在探测器焦面上图像的光谱混叠率；步骤S1的具体步骤包括：S1.1 根据无缝光谱成像设备的设计参数、光栅的性能参数，确定光谱成像设备的分光特性，所述分光特性包括不同波长、不同位置的入射光对应在探测器焦面上的位置；波长为λ的入射光在探测器焦面上的位置通过下式计算：
(1)；其中，入射光和主光轴的夹角为θ，通过光栅极大衍射角的角度为θ，焦面和光栅面的夹角为θ，光栅面到探测器焦面的距离为D，d为光栅的刻线距离，m为光栅色散的级数，λ为波长，D为波长为λ的入射光经过光栅后第m级次在焦面上的位置，该位置表示为到原点O的距离，原点O为入射光通过光栅入射点法线与探测器焦面的交点；(1)式中分子上的号取值规则为：当θ和θ在法线同侧时取-号，当在法线异侧时取+号；(1)式中分母上的/>号取值规则为：当衍射光线与探测器焦面的夹角大于90°时取-号，否则取+号；123m12S1.2 计算光栅起止波长的入射光在探测器焦面上的位置；某一光栅范围内的起始波长分别为λ和λ，通过步骤S1.1中的式(1)计算得到m级次入射光λ和λ的分别在探测器焦面上的位置；1212S1.3使用探测器坐标描述无缝光谱在探测器焦面上的位置；在探测器焦面上描述无缝光谱位置采用探测器坐标(x，y)，衍射的各级次的光谱在探测器上为线性分布，分光方向和探测器的X方向有一个夹角，x和y的位置关系用线性轨迹方程描述为：
(2)；方程(2)表示光谱在探测器上的色散轨迹，b为截距，b由光栅色散的起点的位置决定，如果色散的起点为通过光栅入射点法线与探测器焦面的交点，则b=0；从上述色散的起点到所求波长入射光在探测器焦面上位置的距离为式(1)中所计算的D，在探测器焦面上D表示为：mm
(3)。