Stray Light Measurement and In-Orbit Validation of an Atmospheric Limb Sounder
Creators: name: Augspurger, Tobias
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2025

description: Die Charakterisierung von Streulichts spielt eine entscheidende Rolle für den Erfolg der Limbensounder-Satellitenmissionen, die eine einzigartige Datenquelle für die Atmosphären- und Klimaforschung darstellen. Bislang haben die meisten Satellitenmissionen vorwiegend auf Streulicht Simulationen gesetzt, ohne eine Strategie zur experimentellen Verifizierung zu entwickeln. Dadurch ist es nicht möglich, Messfehler, die durch Streulicht verursacht werden, zu bestimmen. Insbesondere für Spatial Heterodyne Interferometer gibt es bisher keine adäquaten Messverfahren zur Bewertung des Einflusses von Streulicht und dessen Interferenz. Nach dem Stand der Technik sind Streulichtsimulationen nicht in der Lage, Interferenzen durch Streuung innerhalb des Geräts auf der Grundlage des nominalen Designs vorherzusagen. Im Rahmen dieser Dissertation wurden daher bestehende Kalibriereinrichtungen zur Charakterisierung von Spektren und räumlichen Instrumenteneigenschaften erweitert, um hochauflösende und automatisierte Streulichtmessungen auf Basis der Punktspreizfunktion über das gesamte Sichtfeld zu ermöglichen. Die entwickelte Point Source Mapping (PSM) Methode ermöglicht die Analyse parasitärer Interferenzmuster, die durch Geisterartefakte verursacht werden. Des Weiteren können die Einfallswinkel der Streulichtquelle sowie die entsprechenden Senken über den gesamten Detektor hinweg aufgelöst werden. In Kombination mit Ronchi-Ruling- und Schlitzmessungen lässt sich ein umfassendes Bild von Streulicht Artefakten und resultierenden Interferenzen gewinnen. Die Kombination von hochauflösenden Messungen des Streulichts außerhalb des Fokus mit Strahlungstransfermodell ermöglicht die Rekonstruktion von Streulichtbildern und deren Interferenzen während der Mission für die Entwicklungvon Korrekturalgorithmen.
description: Stray light characterisation is critical to the success of limb sounder satellite missions, which provide a unique database for atmospheric and climate research. Most satellite missions have relied mainly on stray light simulations without an experimental validation strategy, making it impractical to determine measurement errors caused by stray light. In particular, Spatial Heterodyne Interferometer, which are investigated in this work, lack suitable measurement methods for the impact of stray light and its interference. State-of-the-art stray light simulations are not able to predict interferences from scattering within the instrument based on the nominal design. Therefore, in the context of this work, existing calibration setups for the characterisation of spectral and spatial instrument properties were extended to allow high-resolution and automated stray light measurements based on the point spread function over the entire field of view. The developed Point Source Mapping method allows the analysis of parasitic interference patterns caused by ghost artefacts. In addition, stray light source angles and their sinks can be resolved over the entire detector. When complemented by Ronchi ruling and slit measurements, a comprehensive picture of stray light artefacts and resulting interference can be determined. High resolution out-of-field stray light measurements have been combined with radiative transfer models to reconstruct in-orbit stray light images and their interferences for future correction methods. In addition, in-orbit verification strategies were simulated to replicate pre-launch calibrations based on observations of the Moon and other celestial bodies.