范文龙，黄小仙，傅雨田

1.中国科学院红外探测与成像技术重点实验室,上海 200083;2.中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083;3.中国科学院大学,北京 100049

1 引 言

地球海洋面积约为3.6 亿km2，约占地球表面积的71%。海洋不仅是物种生存的空间、资源的提供者，更对军事、经济、政治和交通有很大影响。海洋遥感卫星可以获得水体中浮游植物色素浓度、悬浮体浓度、溶解有机物浓度等要素信息，在海洋初级生产力、海洋生态环境、海洋通量、渔业资源监测等方面具有重要意义（马兴瑞等，2003）。

美国、欧洲、日本和印度等国家和地区均已建立了比较成熟和完善的海洋卫星系统（蒋兴伟等，2018）。高级沿轨扫描辐射计AATSR是搭载在欧洲空间局ENVISAT 卫星上、具有多通道的先进的跟踪扫描辐射计传感器，主要目标是以高精度和稳定性提供全球海洋表面温度，海温反演精度可达到0.3 K，同时也可以用来监测地球的气象变化；NOAA系列卫星的AVHRR传感器，是一种多光谱通道的扫描辐射仪，其星下点分辨率为1.1 km，具有一个可见波段，一个近红外波段，一个中波红外和两个热红外谱段，主要用来获取全球或者区域的地表温度（LST），海表温度（SST），及植被指数（NDVI）等数据；MODIS（中分辨率成像光谱仪）是搭载在美国EOS 系列卫星上的一个重要的传感器，其最大空间分辨率可达250 m。有36 个离散光谱波段，光谱范围宽，从0.4 μm（可见光）到14.4 μm（热红外）全光谱覆盖。可用于对地表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测，全球许多国家和地区都在接收和使用MODIS的数据。

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展，初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系，并发挥了显著的经济和社会效益（蒋兴伟等，2016）。中国分别于2002年5月15日，2007年4月11日发射了海洋一号（HY-1）A 星、B 星，用来探测海洋水色环境要素（包括叶绿素浓度、悬浮泥沙含量、可溶性有机物）、水温、污染物以及浅海水深和水下地形等，目前两颗卫星已退役。2018年9月7日发射了（HY-1）C卫星，并在完成在轨测试后，于2019年6月28日交付使用。（HY-1）D 星也于2020年6月11日发射，与C 星形成上、下午星组网运行，目前正在进行产品的在轨性能测试。相比HY-1 A/B星，HY-1 C/D星水色水温扫描仪（简称水色仪，COCTS）除了在轨的设计寿命延长到5年外，工作模式也由间断开关机调整为长期开机，可见近红外通道每天对全球覆盖一次；而红外通道由于具有全天时探测的优势，可以实现每天覆盖地球两次。HY-1C/1D 卫星是中国民用业务卫星首个上、下午星组网运行的星座，将在中国海况预警报、海洋防灾减灾、海洋环境保护和海洋资源开发等领域提供数据服务（刘畅等，2018）。水色仪为海洋一号卫星的主载荷，由8 个可见、近红外谱段和2个热红外谱段组成，用来获取海洋水色、水温图像数据，星下点像元分辨率为1.1 km，幅宽达2900 km。水色仪的热红外谱段设置与AVHRR传感器的热红外谱段基本一致。

本文将在HY-1 C/D 星水色仪的研制基础上，对红外探测通道的信息获取电路设计方案和性能测试结果进行论述。

2 技术指标要求及系统性能分析

水色仪采用45°扫描镜+K 镜像消旋+4 元探测器并扫+机械制冷的方案（冯旗等，2003），其成像原理如图1所示。

水色仪通过卫星的飞行和45°扫描镜的转动来实现对地物的二维扫描，从而完成对地面目标的覆盖；在光学系统中引入K 镜，用来消除由于45°扫描镜引入的像旋（郑列华等，2007；刘素美和马红章，2007）；由于水色仪的谱段覆盖了从可见光到长波红外的范围，因此在后光学系统中通过分色片分光为不同谱段的光学焦面（张锷，2004），并配置相应的可见、近红外与红外探测器；探测器信号通过信息获取电路采集处理后，送至A/D 转换器，并将转换后的实时图像数据打包，传至数传分系统（翁春明等，2003），由其经天线发射到地面接收站。

可见近红外通道采用中国科学院上海技术物理研究所（简称技物所）研制的Si 探测器，制作成标准DIP 封装，直接安装在可见前放电路板上；红外通道采用技物所研制的HgCdTe 多元红外光电导探测器，封装在金属杜瓦内，由制冷机保障探测器的80 K工作温度。

相对HY-1A/1B 星水色仪，HY-1C/1D 星水色仪在热红外谱段设计上进行了必要性的改进。首先，信息获取及处理通道A/D转换器的有效位数由10 位提高至12 位，有效提高了系统信噪比；其次，对星上面源黑体进行绝缘安装并采取主动温控措施，有利于提高热红外谱段在轨海温反演的精度；另外，由进口斯特林制冷机更换为国产的大功率长寿命脉管制冷机，并在电磁兼容方面采取了有效的措施，使其对热红外谱段的干扰得到了有效的控制。

2.1 技术指标要求

信息获取电路的设计依据，主要是用户需求及卫星总体对水色仪提出研制要求。水色仪产品与红外通道设计相关的主要设计指标如表1所示。

表1 水色仪主要指标Table 1 Main technical specification of COCTS

2.2 设计输入分析

根据水色仪的系统指标，对红外通道的电路参数和各项性能进行分析计算。

2.2.1 探测器工作原理

光电导红外探测器通过光电效应改变敏感元件的电导率，从而引起阻抗变化，在一定偏流条件下，产生相应的电压信号变化。因此偏置电路对探测器的性能会有很大的影响。通常采用恒压源串联一个负载电阻来产生其工作所需的偏流，如图2所示（周世椿，2014）。

图2 光电导型红外探测器结构及偏置电路Fig.2 Structure and bias circuit of photoconductive infrared detector

探测器的电阻Rd与电导率σ和感光面积Ad成反比，与探测器的长度l成正比，可表示为

探测器的响应率正比于光照后电导率的变化：

式中，η为量子效率；τ为自由载流子寿命；μ为迁移率；e为电子电荷量；d为探测器厚度。

2.2.2 电子学带宽需求分析

（1）系统的低频响应由扫过整个视场角所需要的时间T决定，考虑到在天顶位置设置了星上黑体，用来对红外通道进行在轨实时定标，所以红外通道的视场需包含转到星上黑体结束位置，总的视场角约为240°：

如果允许信号的平顶部分在时间T内下降1%，则系统的低频响应为

（2）系统的高频响应由扫过一个瞬时视场所需的时间τ决定：

电路的实际带宽应覆盖FL和FH的范围。

2.2.3 电路总放大倍数分析

普朗克黑体辐射公式为

式中，RBλ为绝对黑体的光谱辐射发射量（W·cm-2·μm-1）；c1= 3.7415 × 104(W·cm2·μm4)为第一辐射常数；c2= 1.43879 × 104(μm·K)为第二辐射常数；λ为波长（μm）；T为绝对黑体的温度（K）。

对RBλ在探测通道的波段内做积分，如式（4）所示：

MλT为在探测器响应波段内绝对黑体的总光谱辐射发射量。

将B9 和B10 的波段上下限和动态范围的温度上限（320 K）和下限（200 K）分别代入式（3）、（4）可得两个温度限时B9、B10 波段范围内的黑体光谱辐射发射量：

则两个波段动态范围上下限的辐射量差分别为

探测器偏置工作时输出电压范围为

式中，R为探测器的响应率；A0为光学系统有效入瞳面积；Ω为瞬时视场立体角。将设计指标的相应值代入式（5）可求得B9和B10波段探测器在正常偏置电流下的输出电压范围：

由结果可知，探测器输出信号非常微弱，只有毫伏级。A/D转换器的输入电压范围为0—10 V，信息获取电路总的放大倍数需要控制在2000—3000，如此高的放大倍数在不做好电磁兼容性设计的情况下，极易引入由大功率制冷机及其他周边干扰源导致的噪声。

2.2.4 噪声等效温差理论值分析

NETD 是红外系统性能的重要指标之一。综合考虑系统各个组成部分的基本参数，如光学特性、目标特性、探测器特性、电子学特性等，可以推导出NETD 的计算公式如下（徐南荣和卞南华，1997）：

式中，a、b：探测器尺寸，分别为0.028 cm 和0.026 cm；ΔfR：放大电路噪声等效带宽，为(fH-fL)= 5.581 kHz（实际带宽更宽）；α、β：系统瞬时视场，为1.38 mrad 和1.28 mrad；A0：有效通光面积，取3.142×104cm2；τ0：红外波段光学效率，B9取0.36；B10取0.39。D*（λp）：探测率，B9取7×1010cm·Hz1/2·W-1，B10取8×1010cm·Hz1/2·W-1；M：光谱辐射出射度；可理解为300 K 的黑体单位温度变化引起的辐射变化量（微分辐射率）。可由式（4）算得：

B9谱段：

B10谱段：

将以上参数代入式（6）可得水色仪红外谱段理想的噪声等效温差分析如表2所示，可知在理想情况下，设计指标远优于技术指标要求，但最终能否达到该指标则取决于红外探测器的实际性能（像元尺寸和探测率等）、信息获取电路的实际性能（电子学带宽等），以及水色仪系统的相关设计结果（光学效率等）。

表2 红外谱段NETDTable 2 NETD of infrared band

3 信息获取电路

3.1 电路结构

由于选用不带读出电路的多元探测器，因此需要为每一个探测元设计一路信息获取电路。考虑到探测元间响应率有一定的差异，需要在真空试验设备中进行各探测元通道非均匀性的调整和系统动态范围设置。除了前置放大电路外，将信息获取其余电路设计为前后两级放大，将可调节电路部分放在后级，以便在红外辐射定标真空罐外实现操作。

红外探测器需要工作在低温环境（80 K），采用机械制冷机对红外探测器进行制冷，制冷机工作频率为50—70 Hz，平均功率约30 W。为了尽可能降低大功率制冷机对探测器的低频干扰，前置放大电路需要尽可能靠近探测器放置，尽可能缩短干扰路径，并采取一定的屏蔽措施。将前置放大电路设计为围绕探测器放置，其放大倍数根据探测器的实际性能和动态范围要求保留足够余量；经过前置放大后输出的电信号输入交流放大电路，将电信号通过电容交流耦合输出，并对前级放大输出电压的幅度进行设定。通道放大电路作为最终放大，用来完成直流信号恢复、电路带宽设置并设定系统的动态范围。由于放大电路通道较多，因此采用多路开关送至A/D转换器。信息获取电路的结构图如图3所示。

图3 信息获取电路结构图Fig.3 Circuit diagram of information acquisition

3.2 前置放大电路

在设计前置放大电路时，主要考虑以下指标：噪声、带宽、增益、阻抗以及稳定性等。

光电导探测器的输出阻抗一般只有几十欧姆，探测器偏置电路的负载电阻阻值应该远大于探测器内阻（10 倍以上），才能近似忽略探测器阻值的变化对工作偏流的影响。另外，探测器信号较弱，一般都要将前置放大器设计成低噪声放大电路形式（噪声系数要远低于探测器），并且前放电路要具有比较大的放大倍数，以减小系统噪声。

由于探测器偏置电源和制冷机工作时的大功率电磁信号会对探测器和前置放大电路引入干扰，因此前置放大电路设计成仪表放大器组成的桥路形式，如图4所示，其中Vp为偏置电压，R1、R2为等值的负载电阻，R3为与探测器匹配的固定电阻，Rmct为探测器的电阻。在桥路平衡时有：R1=R2≫Rmct，Rmct≅R3，可认为探测器的偏流基本不变。

图4 前置放大电路Fig.4 Preamplifier circuit

仪表放大器选用TI 公司的INA163，电路的放大倍数A由外接电阻R4决定，计算公式为

考虑到制冷机在寿命后期的制冷温度会有抬升的可能，会直接影响到探测器的静态电阻，从而造成桥路失衡，相当于额外施加一定的直流电平送入放大器的输入端，因此必须保证前置放大器在此时亦能满足动态范围要求，所以该前置放大器的放大倍数不宜过大；而为了减小后级放大器对整个电路噪声的贡献，又希望前置放大器放大倍数足够大，因此各级放大器的放大倍数设置需综合考虑。

3.3 交流放大电路

交流放大电路设计为交流耦合的同相比例放大，需要重点考虑放大器的低频限设计，如图5所示。交流耦合即为通过电容耦合，去掉了信号直流分量，可降低电平漂移及低频噪声。在交流放大电路和通道放大电路之间，只传送交流信号，可以避免影响放大器的直流工作点。交流放大电路的放大倍数要根据系统总的放大倍数合理分配，并要给通道放大电路预留足够的调节空间，以便在红外通道辐射定标时调整。

图5 交流放大电路Fig.5 AC amplifier circuit

图中C1为交流耦合电容，用来滤除信号中的直流电平成分；R5、R6对交流放大电路的输入信号进行一定的衰减，以避免在前放输出饱和信号时导致交流放大输出信号产生饱和翻转；R7、R8用来调整交流放大电路的放大倍数（A=1+R8/R7）。考虑到通道放大电路仍设置有高频滤波电路，因此交流放大电路的低频响应可按略低于2.2.2 节中的带宽低频计算结果fL来设计。计算公式为

3.4 通道放大电路

通道放大电路主要包括高通滤波电路、直流恢复电路、增益和电平调整电路以及巴特沃斯低通滤波电路等，电路形式如图6所示。

图6 通道放大电路Fig.6 Channel amplifier circuit

3.4.1 高通滤波电路

电容C92和电阻R91组成高通滤波电路，低频截止频率按2.2.2节分析结果设置。电容选取4.7 μF无极性陶瓷电容，电阻取值9.1 MΩ，具体设计值为

高通滤波器因为截止频率较低，不易实测，因此采用Tina-TI 软件对高通滤波器的频率响应特性进行了仿真分析，如图7 所示。分析结果显示-3 dB 处的截止频率为0.00373 Hz，与设计值和理论值吻合。

图7 高通滤波截止频率Fig.7 Cut-off frequency of high pass filter

3.4.2 直流恢复与辐射基准的建立

为了从图像信号反演辐射量，水色仪采用冷空间作为低端的辐射基准，并在水色仪扫描的天顶位置设置星上黑体，作为高端的辐射参考。参考图8所示，在水色仪360°扫描周期内，以冷空间为相对起始，在此位置进行模拟信号的箝位和直流恢复；以此获得红外成像的辐射零基准。冷空间箝位位置比较靠近地球边缘，为了避免地球边缘目标信号进入冷空间采样区间污染冷空间信号，在卫星设计保障的同时，可通过参数注入的方式对水色仪冷空采样位置进行±5°范围内的调整。

图8 直流恢复示意图Fig.8 Schematic diagram of DC recovery2

直流恢复电路的原理为

（1）信息处理电路在扫描镜转到冷空间位置时，向信息获取电路发送脉宽为4 ms 的CTL 直流恢复脉冲信号，控制模拟开关K1 闭合。此时，冷空间信号被强制箝位到一个基准电平，且可进行调整。

所选用模拟开关的导通电阻为Rk= 75 Ω，交流放大输出端的电阻R9= 200 Ω，此3 个元件组成直流恢复时的放电电路。放电时间常数为τ=(R9+Rk) ×C92= 1.29 ms，因此4 ms 的直流恢复脉宽能够满足要求。

（2）当模拟开关K1 打开时，C92和R91、R9构成的电路实现信号保持。电路时间常数τ1=(R9+R91) ×C92= 47 s；240°地球区对应的观测时间t=426.667 ms。整个地球区信号下降幅度9.1 × 10-3，即0.91%。

在直流恢复结束之后，系统随即对冷空间信号采样，获取的数据作为红外谱段在轨定标的低端辐射基准。系统将对扫描镜扫描到的黑体辐射进行采样，作为红外谱段在轨定标的高端辐射基准。

3.4.3 增益电平调整电路

R92、R93、R94、R95和运放构成了增益电平调整电路，在对各探测元的均匀性和动态范围进行调整的同时，可以实现冷空间信号的电平设置。

3.4.4 低通滤波电路

按2.2.2 节的电路高频限分析结果，设计低通滤波器。选用无限增益多路反馈滤波电路（华成英和童诗白，2006），由电阻R96、R97、R98和电容C93、C94以及运放构成。

电路的直流放大倍数：A= -R97/R96

截止频率公式为

品质因子：

f0设置的合适与否，会直接影响到系统的性能。f0设置偏窄，虽然有利于降低电子学的噪声，提高系统的信噪比，但会使电子学的调制传递函数（MTF）降低，从而拉低系统总的MTF，如式（12）所示。

式中，MTFd为探测器的MTF；MTFo为光学系统的MTF；MTFe为电子学的MTF。

因此，在实际工程上实施时，一般在保证噪声等效温差满足指标要求的情况下，将电子学带宽适当放宽，有利于减小电子学的非线性，优化系统的高频响应，进而提高遥感图像的对比度。如图9 所示，标尺a 处为目标信号的最高频率（理论截止频率）；标尺b 为设置的低通滤波器的截止频率。

图9 低通滤波器截止频率设置Fig.9 Cut-off frequency setting of low-pass filter

3.5 星上黑体温控电路

为了提高星上黑体作为在轨辐射基准的准确性，一方面对星上黑体采取了主动温控措施，采用模拟PID 的控制方式将星上黑体温度控制在300 K附近，并采用了3 路PT100 测温铂电阻对星上黑体不同位置处的温度进行采集，以保证采集温度的准确性；另一方面在水色仪的地面红外定标过程中，对星上黑体进行标定。

4 实验室性能测试

通过在真空试验罐内进行水色仪红外谱段的标定，对红外谱段的动态范围和均匀性进行调整，并对系统辐射响应性能进行测试。试验布局示意图如图10 所示。水色仪主体置于空间真空环境模拟舱内，通过地面温控系统将模拟舱的温度控制在在轨实际范围内；面源黑体置于水色仪入瞳处，通过面源黑体控制器对其进行温度控制，控温稳定度可以达到10 mK 左右；通过液氮对真空罐热沉降温，热沉温度可以达到90 K 左右，用来作为信息获取电路冷空间的箝位辐射基准。

图10 红外定标示意图Fig.10 Infrared calibration diagram

红外定标过程中通过外部面源黑体的变温来调整水色仪入瞳处的辐亮度能量，可获取水色仪自身的辐射定标曲线，进而获得辐射响应系数。利用辐射响应系数与系统的量化等级可以计算最大可探测能量，从而得到系统的动态范围高端值；利用辐射响应系数与同步测量得到的噪声码值可以计算系统的NETD；根据辐射定标响应系数与星上黑体对应的输出信号，可以建立起星上黑体等效黑体温度与铂电阻所测得温度之间的转换系数，从而完成星上黑体的辐射标定，用来对在轨遥感数据的实时反演。

4.1 实验室动态范围测定

水色仪的数据量化位数为12 bit，输出信号码值范围为0—4095，冷空位置的信号码值设置为300 左右。经过电路参数调整和最终测试，获得红外谱段在200—320 K 动态范围内的输出信号码值范围为260—3620，如图11所示。

图11 动态范围内响应Fig.11 Dynamic range response in lab

利用水色仪在动态范围两端响应的近似线性趋势，可以计算出红外探测通道的动态范围上下限，如表3所示。由计算结果可知，能够满足动态范围指标要求。

表3 实验室动态范围Table 3 Dynamic range in lab

需要说明的是，此处动态范围的下限为系统响应信号相对冷空信号等于0时的目标的色温，实际地球的温度最低点位于南极大陆，约为零下95 ℃（178 K），虽超出了动态范围指标要求，亦在系统的探测范围内。

两个红外通道的4个探测元间的均匀性在整个动态范围内达到了99%以上，如图12所示。

图12 探测通道均匀性Fig.12 Channel uniformity

4.2 辐射灵敏度测试

水色仪红外通道的辐射灵敏度采用入瞳处300 K黑体的NETD 来表征；设测试目标和背景均为黑体，当热成像系统输出端产生的峰值信号电压Vs与均方根噪声电压Vn之比等于1 时，目标背景的温差ΔT。得出其计算方法如式所示：

对红外定标的数据按式（13）进行处理计算，可得红外谱段各探测元对应的NETD如图13所示。

图13 实验室NETDFig.13 NETD measured in lab

300 K 面源黑体时的NETD 在20—40 mK 之间，与理论计算值比较吻合；在整个动态范围内，NETD在20—120 mK之间，均能够满足≤0.2 K的技术指标要求，300 K 背景目标下达到了表2 列出的理想状态下的噪声等效温差计算结果。

5 在轨性能评价及图像产品

HY-1C 星水色仪自2018年9月7日发射入轨以来，工作正常、运行稳定。获得的可见光和红外图像，层次丰富、图像清晰。通过在轨测试，包括在轨的定标，给出了水色仪在轨的性能，本文给出红外通道在轨的性能来自用户在轨测试报告（水色仪部分）的结果。

5.1 在轨动态范围

选取适当的遥感图像数据，并选取码值分布范围比较宽的图像区域；计算相应区域内的统计平均值，结合定标的辐亮度值，可以计算出所探测到的目标色温范围，系统的动态范围不小于此目标色温范围。

水色仪在轨定标的结果显示，谱段9 和10 在轨的动态范围优于技术指标要求，见表4。

表4 水色仪在轨动态范围Table 4 On-orbit dynamic range of COCTS

5.2 在轨NETD

根据卫星图像获取的均匀地物目标，通过开窗统计的方法，可以计算出红外谱段在300 K 左右亮温目标时的NETD，计算结果如表5 所示。水色仪的在轨NETD 基本在50—110 mK 之间，能够满足≤0.2 K的技术指标要求，比实验室测试大的根本原因是在轨对应的目标存在空间分布，找不到温度完全均匀的海洋区域。水色仪的实际灵敏度越高，两者测试结果就差异越大。

表5 水色仪在轨NETDTable 5 On-orbit NETD of COCTS

5.3 在轨对星上黑体响应变化规律

HY-1 卫星绕地飞行过程中会周期性的经过地物阳照区和阴影区，由于外热流变化的影响，会引起卫星整体温度的波动，水色仪以及其上的星上黑体的温度也会随周边环境温度的波动而扰动，从而导致红外探测通道对星上黑体的响应也会随之变化，如图14所示。

图14 星上黑体温度扰动Fig.14 Temperature disturbance of black body on the satellite

虽然星上黑体的温度受外热流的影响而变化，但从红外通道对黑体的响应信号变化情况可以看出，其与黑体温度的变化完全同步，说明整个电路的频响特性设计能够达到预期目标。

随机选取3组不同日期内的红外探测通道对星上黑体的响应数据进行分析，如图15所示。

图15 红外通道在轨对星上黑体响应Fig.15 Infrared channel response of black body on the satellite

由图可知3 组红外探测通道响应一致性较好，曲线上可以完全重合，并且信号随温度的变化符合黑体辐射能量随温度的变化规律，说明系统存在比较好的线性，可以实现定标系数的在轨实时更新，并以此完成对海温的精确反演，反演精度可达0.5 K。

5.4 在轨辐射定标系数变化

卫星绕地一圈为一轨，在一轨的成像时间内，水色仪经历地面阳照区与阴影区，卫星的光照条件有1个周期变化，红外探测通道的星上辐射定标过程也经历了1个周期。随机抽取一轨数据，根据星上定标过程计算定标系数随帧序号的变化如图16所示。

图16 在轨定标系数Fig.16 On-orbit calibration coefficient

由图16 可以看出，一轨内的定标系数是发生变化的，相对于整轨平均数的变化率如图17所示。

图17 在轨定标系数变化率Fig.17 On-orbit calibration coefficient rate of change

由图17 可以看出，水色仪的两个红外探测通道在整轨定标系数的增益系数和截距系数，变化规律完全一致，说明定标系数产生变化的机理相同，信息获取电路能够实时跟踪环境等因素的变化。

在反演海温产品前需要对红外探测通道的图像数据进行预处理，目前运行的预处理程序采用的是整轨定标数据的平均值。相对于可见近红外图像，103 min 内约有60 min 在阳照区，占比较高，因此平均值更接近于白天情况，即海温产品白天比晚上精度更高。后续进行数据预处理时可以考虑对定标系数的实时反演，以保证无论白天还是夜晚的海温反演均能比较准确。

5.5 在轨图像及产品

图18 为HY-1C 星水色仪在轨期间拍摄的一组中国东南海域的照片。图18（a）为水色仪可见、近红外谱段的合成图；图18（b）为红外谱段图；图18（c）为红外谱段的假彩色图，图18 中颜色红、黄、绿、蓝对应的温度逐渐降低。由图18 可以看出，与可见近红外图像相对应，红外图像的温度层次丰富、图像清晰。

图18 水色仪在轨图像Fig.18 On-orbit image of COCTS

6 结 论

本文结合空间遥感仪器红外探测的机理，基于对HY-1C/D 卫星水色仪技术指标的分析，设计了高灵敏度、高动态范围的红外探测通道信息获取电路，对电路的设计思路和验证方法作了详细的论述，并对电路的频率特性进行了仿真分析。红外信息获取电路在水色仪中用来在轨对地的海温探测，并可利用具有主动温控措施的星上黑体进行在轨实时定标系数获取，从而实现SST的高精度反演。同时，对水色仪红外通道的主要性能指标如动态范围、灵敏度等进行了分析计算，并与实验室及在轨的测试数据进行了比对，结果表明理论分析与实测数据的一致性较好，且均优于技术指标的要求。

HY-1 B 星水色仪在轨有杂质进入冷空间位置，导致目标信号波动，初步怀疑是扫描到地球边缘信号造成的。在HY-1 C、D 星水色仪中对冷空间采样位置设置了±5°范围的调节手段，以使冷空间采样位置避开地球边缘目标区域。从目前HY-1 C、D 星水色仪的在轨红外图像数据可知，冷空位置没有明显的杂质干扰。

由于水色仪是4元并扫工作，每元均有独立的信息获取电路，总电路通道数量较为庞大，对地面动态范围和均匀性的调整提出了较高的要求，且不易达到完全一致，因此在图像数据处理时还需对其进行非均匀性校正。将来的遥感仪器可以尝试对多元探测器及前放电路的集成化设计，同时配置探测器的读出电路将多元信号同时读出为一路信号，并考虑通过软件注入的方式对各探测元的动态范围和均匀性进行调整，不仅可以简化通道放大电路和系统设计，提高各通道动态范围和均匀性的调整精度，还可减少地面数据处理的工作量，从而减轻制作海温等相关遥感产品的难度。