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余弦接收器  

余弦接收器是用来做什么的？

在测量太阳光的能量光谱时，我们常常要用到它。

在SIF系统中，测量太阳入射的能量光谱就需要这样一个小配件，（有些测量反射能量光谱也需要它）。

在无人机载高光谱使用中，也常常使用到它来测量入射光的能量光谱，和成像光谱仪测量的反射能量，一同计算反射率，这是目前最靠谱的测量模式。

总之，在光谱仪使用中，经常会用到余弦接收器来获得辐照度的数据，这类应用越来越普遍。

什么是辐照度和辐亮度

辐照度（Irradiance）指单位面积的辐射能量通量，单位为Wm-2，一般用E表示。

辐亮度（Radiance）指单位面积，单位立体角的辐射能量通量，单位为Wm-2sr-1，一般用L表示。

余弦接收器是怎么工作的？

既然辐照度是单位面积上的能量通量，那么假如入射的能量不是垂直进入的呢？

在能量以一定角度通过某一平面的情况下，相对于这一平面的辐照度，相当于入射能量的一个正交分解分量，其关系为E2=E1*cosθ。

对于光纤光谱仪，在光纤前端须加一个一些特定形状的漫透反射材料（聚四氟乙烯乳、聚碳酸脂、毛面白玻璃或乳白有机玻璃等等），加工成特定的形状，就能自然形成余弦效果。这也就是余弦接收器。

评价余弦接收器的指标是什么？

评价余弦接收器的最主要指标是余弦曲线响应度，即对从各个角度（θ）上的入射能量E1，在与入射光与余弦接收器平面成θ角时测量通过余弦接收器后的能量E2，评价是否符合E2=cosθ×E1。而对于不同角度，有一个理论的余弦相应曲线，如下图，此图为极坐标系，在不同角度的余弦值组成了这个黑色圆周，可以看到在90°时，cosθ=1，在0°和180°时，cosθ=0。

理想余弦响应曲线

怎么进行不同角度的测量？

我们专门制作了一个测量的设备，一个稳定光源，一个遮挡杂散光的光阑，一个可以改变余弦接收器接收角度，同时保持余弦材料位置的装置。

余弦接收器检测设备

      IRIS

用ASD光谱仪分别安装了ASD的余弦接收器，IRIS的余弦接收器和Ocean的CC3余弦接收器，进行了测量。

并将测量结果和理论曲线进行比较。其中红线为理论曲线，蓝线为实测值。

结果显示，ASD和IRIS的余弦接收器总体表现良好，而CC3有较大的差距，整体上离理论曲线较远，在45°时较为明显，总体上利用RMSE能比较明显的显示其差异。

参数说明

RMSE：均方根误差，描述统计点的离散度，越接近0，统计点与理论点越接近。

余弦接收器

余弦接收器虽然是一个小配件，但是对研究的结果影响非常明显，有些用户在研究中也已经发现了问题，得出的结论是CC3并非收集的是180°视场角的能量，有些研究者将其估算为144°视场角。其实并不是没有收集到180°的能量，而是CC3在很多角度距离理论余弦值较远，低估了总能量。所谓144°应该是一种不甚规范的近似算法。

所谓“为大于其细”，依锐思此次刨根问底，做出一个合格的SMA905接口的余弦接收器，让相关的应用更有保障。