一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀的制作方法
【專利摘要】一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，屬于空間天氣監(jiān)測【技術領域】，目的在于解決現有技術不能實現地球等離子體層全局成像的問題。本發(fā)明包括光學系統和機械結構系統，光學系統包括環(huán)形光學入瞳、像接收器和球面極紫外多層膜反射鏡，主要實現地球等離子體層30.4nm波段的光學成像功能；機械結構系統包括EUV相機成像系統和二維轉動系統，EUV相機成像系統實現光學系統的安裝、支撐及防護等功能，二維轉動系統實現EUV相機成像系統視角的方位、俯仰調整。本發(fā)明隨航天器達到成像軌道后，通過二維轉動機構實現成像時對衛(wèi)星運動的像移補償和目標的動態(tài)跟蹤成像，實現對目標的多角度、高質量全局成像。
【專利說明】一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于空間天氣監(jiān)測【技術領域】，具體涉及一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀。
【背景技術】
[0002]作為內磁層最重要的活動區(qū)域，地球等離子體層的分布與演變對地球及其空間環(huán)境有極其重要影響，有重要的研究價值。目前，地球等離子體層的全局成像尚未真正實現。1998年日本發(fā)射的Planet-B衛(wèi)星通過將不同位置光強的一維圖像拼接成二維圖像，但時間分辨率太差，不是真正的二維成像；美國2000年發(fā)射IMAGE(磁頂到極光全球探測衛(wèi)星成像器)搭載的極紫外相機首次實現了地球等離子體層的二維成像，但由于沒有跟蹤機構，只能在局部角度成像，且由于采用子視場拼接和衛(wèi)星自旋掃描成像，需要后續(xù)較復雜的圖像處理，導致圖像降質。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，解決現有技術存在的圖像拼接或掃描成像導致圖像質量低及成像視角局限等問題，實現地球等離子體層的全局成像。
[0004]為實現上述目的，本發(fā)明的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀包括光學系統和機械結構系統；
[0005]所述光學系統包括沿光軸方向順次排列的環(huán)形光學入瞳、像接收器和球面極紫外多層膜反射鏡，所述環(huán)形光學入瞳位于所述球面極紫外多層膜反射鏡曲率中心處，光線經環(huán)形光學入瞳照射到所述球面極紫外多層膜反射鏡，經所述球面極紫外多層膜反射鏡反射后，經像接收器接收成像；
[0006]所述機械結構系統包括EUV相機成像系統和二維轉動系統，所述EUV相機成像系統包括EUV相機鏡頭防護組件、焦面組件、鏡筒組件三部分組成，所述鏡筒組件上方設置有焦面組件，所述焦面組件上方設置有屏蔽筒，所述鏡頭防護組件固定在所述屏蔽筒上，所述光學子系統整體位于所述EUV相機成像系統內部，二維轉動系統包括U形支架、方位旋轉機構和俯仰旋轉機構，所述U形支架固定在所述方位轉動組件上,所述EUV相機成像系統通過俯仰轉動組件與所述U形支架的兩端連接，通過方位轉動組件和俯仰轉動組件實現整體的方位調節(jié)和俯仰調節(jié)。
[0007]所述像接收器為光子計數探測器，包括微通道板、石英基底楔條形陽極、前端信號處理模塊和數字信號處理模塊；所述微通道板為光電轉換及電子倍增器件，所述石英楔條形陽極為光子位置探測器件；所述前端信號處理模塊對信號進行前端放大、整形，由數字信號處理模塊進行采集、處理生成圖像。
[0008]所述球面極紫外多層膜反射鏡采用微晶玻璃制成，表面為超光滑表面。
[0009]所述球面極紫外多層膜反射鏡表面鍍有Mo/Si多層膜。[0010]所述球面極紫外多層膜反射鏡的支撐結構材料為超低膨脹系數材料，以凸臺聯結的方式連接鏡座與球面極紫外多層膜反射鏡背部。
[0011 ] 所述鏡筒上設置有鏡頭防護蓋。
[0012]所述方位轉動組件和所述俯仰轉動組件通過空間應用型的步進電機驅動，實現方位和俯仰掃描運動。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀隨航天器達到成像軌道后，計算成像儀光軸與地-星中心連線的偏離角度；調整俯仰轉動組件和方位轉動組件，使得成像儀光軸指向與地-星中心連線，此時地球位于成像儀視場中心；打開屏蔽筒的鏡頭防護組件，使得地球等離子體層散射的光束能夠進入成像儀；進入成像儀的光束經球面極紫外多層膜反射鏡和A1/C薄膜濾光片后，濾除58.4nm和121.6nm的背景輻射，光束中主要剩下工作波段30.4nm輻射；30.4nm光束聚焦在焦面組件的光子計數探測器上，被探測器接收并輸出三路電極信號，信號經前端信號處理模塊放大、整形、數字信號處理模塊數字化后，由軟件對光子位置計算解碼；計算大量到達光子位置并計數，最終得到目標圖像。成像儀成像時，調整俯仰轉動組件和方位轉動組件補償衛(wèi)星運動產生的像移，使得成像儀始終對目標清晰成像；通過轉動二維轉動機構調整成像儀視角，使其在軌道的不同位置對準目標成像，實現對目標的多角度跟蹤成像，該儀器通過動態(tài)跟蹤機構以不同的視角對地球等離子體層進行跟蹤成像，獲得地球等離子體層的高分辨、多角度的全局圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀整體結構示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀的光路結構示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀的EUV相機點列圖；
[0017]其中:1、俯仰轉動組件，2、焦面組件，3、屏蔽筒，4、鏡頭防護組件，5、鏡筒組件，6、U形支架，7、方位轉動組件，8、環(huán)形光學入瞳，9、球面極紫外多層膜反射鏡，10、光子計數探測器，1001、前端信號處理模塊。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明。
[0019]參見附圖1、附圖2和附圖3，本發(fā)明的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀包括光學子系統和機械結構子系統；
[0020]所述光學子系統包括沿光軸方向順次排列的環(huán)形光學入瞳8、光子計數探測器10和球面極紫外多層膜反射鏡9，所述環(huán)形光學入瞳8位于所述球面極紫外多層膜反射鏡9曲率中心處，光線經環(huán)形光學入瞳8照射到所述球面極紫外多層膜反射鏡9，經所述球面極紫外多層膜反射鏡9反射后，經光子計數探測器10接收成像；
[0021]所述機械結構子系統包括EUV相機成像系統和二維轉動系統，所述EUV相機成像系統包括EUV相機鏡頭防護組件4、焦面組件2、鏡筒組件5三部分組成，所述鏡筒組件5上方設置有焦面組件2，所述焦面組件2上方設置有屏蔽筒3，所述鏡頭防護組件4固定在所述屏蔽筒3上，所述光學子系統整體位于所述EUV相機成像系統內部，二維轉動系統包括U形支架6、方位旋轉機構和俯仰旋轉機構,所述U形支架6固定在所述方位轉動組件7上,所述EUV相機成像系統通過俯仰轉動組件I與所述U形支架6的兩端連接，通過方位轉動組件7和俯仰轉動組件I實現整體的方位調節(jié)和俯仰調節(jié)。
[0022]所述像光子計數探測器10包括微通道板、石英基底楔條形陽極、前端信號處理模塊1001和數字信號處理模塊；微通道板作為光電轉換及電子倍增器件，響應光子輸入并輸出信號，所述電子云經所述石英楔條形陽極位置編碼并輸出信號；所述前端信號處理模塊1001對所述信號進行前端放大、整形后，由數字信號處理模塊進行采集、處理生成圖像。
[0023]所述光子計數探測器10為曲率中心與球面極紫外多層膜反射鏡9的曲率中心重合的曲面，有利于消除曲像差對像質的影響。
[0024]所述光子計數探測器10正前方2mm處安裝有薄膜濾光片，所述薄膜濾光片由鋁膜和碳膜構成。
[0025]所述球面極紫外多層膜反射鏡9采用微晶玻璃制成，表面為超光滑表面。
[0026]所述球面極紫外多層膜反射鏡9表面鍍有Mo/Si多層膜，使得反射鏡反射率峰值在 30.4nm。
[0027]所述球面極紫外多層膜反射鏡9的支撐結構材料為超低膨脹系數材料，以凸臺聯結的方式連接鏡座與球面極紫外多層膜反射鏡9背部。
[0028]所述鏡筒上設置有鏡頭防護蓋，以實現防塵功能。
[0029]所述U形支架6的底盤部分采用梯形加強肋結構，以提高支撐強度。
[0030]所述方位轉動組件7和所述俯仰轉動組件I通過空間應用型的步進電機驅動，實現方位、俯仰掃描運動。
[0031]該成像儀以He+離子的30.4nm輻射為成像目標，工作波長為30.4nm ;由于該目標輻射強度極弱，且該波段反射鏡反射率較低，為盡可能提高能量利用率，采用單球面鏡加球面探測器的光學設計方案，該方案成像質量仿真如附圖3所示，彌散斑半徑為200 μ m，滿足角分辨率要求。成像儀光學設計參數如表1所示:
[0032]表1
[0033]
【權利要求】
1.一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，包括光學系統和機械結構系統； 所述光學系統包括沿光軸方向順次排列的環(huán)形光學入瞳(8)、像接收器和球面極紫外多層膜反射鏡(9)，所述環(huán)形光學入瞳(8)位于所述球面極紫外多層膜反射鏡(9)曲率中心處，光線經環(huán)形光學入瞳(8)照射到所述球面極紫外多層膜反射鏡(9)，經所述球面極紫外多層膜反射鏡(9)反射后，經像接收器接收成像； 所述機械結構系統包括EUV相機成像系統和二維轉動系統，所述EUV相機成像系統包括EUV相機鏡頭防護組件(4)、焦面組件(2)、鏡筒組件(5)三部分組成，所述鏡筒組件(5)上方設置有焦面組件(2)，所述焦面組件(2)上方設置有屏蔽筒(3)，所述鏡頭防護組件(4)固定在所述屏蔽筒(3)上，所述光學系統整體位于所述EUV相機成像系統內部，二維轉動系統包括U形支架(6)、方位旋轉機構和俯仰旋轉機構，所述U形支架(6)固定在所述方位轉動組件(7 )上，所述EUV相機成像系統通過俯仰轉動組件(I)與所述U形支架(6 )的兩端連接，通過方位轉動組件(7)和俯仰轉動組件(I)實現整體的方位調節(jié)和俯仰調節(jié)。
2.根據權利要求1所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述像接收器為光子計數探測器(10)，包括微通道板、石英基底楔條形陽極、前端信號處理模塊(1001)和數字信號處理模塊；所述微通道板為光電轉換及電子倍增器件，所述石英楔條形陽極為光子位置探測器件；所述前端信號處理模塊(1001)對信號進行前端放大、整形，由數字信號處理模塊進行采集、處理生成圖像。
3.根據權利要求2所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述光子計數探測器(10)為曲率中心與球面極紫外多層膜反射鏡(9)的曲率中心重合的曲面。
4.根據權利要求2或3所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述光子計數探測器(10 )前端安裝有薄膜濾光片，所述薄膜濾光片由鋁膜和碳膜構成。
5.根據權利要求1所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述球面極紫外多層膜反射鏡(9)采用微晶玻璃制成，表面為超光滑表面。
6.根據權利要求1所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述球面極紫外多層膜反射鏡(9)表面鍍有Mo/Si多層膜。
7.根據權利要求1所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述球面極紫外多層膜反射鏡(9)的支撐結構材料以凸臺聯結的方式連接鏡座與球面極紫外多層膜反射鏡(9)背部。
8.根據權利要求1所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述鏡筒上設置有鏡頭防護蓋。
9.根據權利要求1所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述U形支架(6)的底盤部分采用梯形加強肋結構。
10.根據權利要求1所述的一種地球等離子體層動態(tài)跟蹤成像儀，其特征在于，所述方位轉動組件(7)和所述俯仰轉動組件(I)通過空間應用型的步進電機驅動，實現方位和俯仰掃描運動。
【文檔編號】G03B17/17GK103592807SQ201310571028
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權日:2013年11月13日
【發(fā)明者】陳波, 何玲平, 劉世界, 何飛, 李朝輝 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所