專利名稱：時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及衛(wèi)星遙感干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
時間、空間聯(lián)合調(diào)制的干涉成像光譜儀是一種將成像相機(jī)與光譜儀合為一體的儀器，不但可以同時獲得地物目標(biāo)的圖像和光譜信息，且具有高通量、多通道、雜散光低、光譜范圍寬的優(yōu)點，因此作為衛(wèi)星遙感的有效載荷，這種儀器的應(yīng)用越來越多，具有較好的發(fā)展前景。時間、空間聯(lián)合調(diào)制的干涉成像光譜儀原理先進(jìn)、技術(shù)復(fù)雜。其光譜成像的原理是進(jìn)入主系統(tǒng)的物光在系統(tǒng)焦面上成像，同時每個光線通過系統(tǒng)的剪切干涉儀產(chǎn)生干涉，并在系統(tǒng)焦面上形成沿剪切方向的干涉圖，即沿此方向顯示干涉強(qiáng)度分布的干涉圖(干涉條紋)，干涉圖的光程差與光線的視場角對應(yīng)，最后在焦面上形成的是疊加干涉條紋的二維圖像，干涉圖方向為反映目標(biāo)光譜信息的方向，可稱為光譜方向，與光譜方向垂直的是空間方向。光譜儀沿光譜方向推掃且逐幀曝光、存貯圖像時，就形成了系列的、對應(yīng)于相鄰視場的干涉圖像。圖像處理時將空間方向每列數(shù)據(jù)逐幀、沿光譜維逐列抽取，然后拼接成每列像元的干涉圖，將干涉圖進(jìn)行處理、光譜復(fù)原，得到每個像元的復(fù)原光譜。最后將面陣所有像元、每個譜段的復(fù)原光譜圖像拼接成單色、二維空間圖像，可以形成多譜段空間圖像的數(shù)據(jù)立方體。干涉成像光譜儀是測量遙感目標(biāo)圖像和光譜信息的儀器，要保證其測量的精度，就必須進(jìn)行定標(biāo)，即標(biāo)定該光譜儀測量輸出數(shù)據(jù)與目標(biāo)光譜輻射強(qiáng)度的定量關(guān)系。衛(wèi)星遙感的有效載荷在完成研制后，先進(jìn)行地面實驗室的定標(biāo)，獲得基礎(chǔ)定標(biāo)數(shù)據(jù)。成像光譜儀的定標(biāo)包括光譜定標(biāo)、相對平場定標(biāo)和光譜輻射度的絕對定標(biāo)，光譜定標(biāo)是標(biāo)定其干涉性能參數(shù)的主要手段，是首要的定標(biāo)。衛(wèi)星升空后需進(jìn)行在軌星上定標(biāo)，以便監(jiān)測衛(wèi)星發(fā)射、運行過程中有效載荷的變化，因此需要設(shè)計星上定標(biāo)系統(tǒng)來完成這個工作。要在光譜儀的主系統(tǒng)中插入性能可靠、功能完善的星上定標(biāo)系統(tǒng)，難度很大。例如從前置鏡或主系統(tǒng)前方引入星上定標(biāo)光源的方法，需加運動擺鏡并設(shè)計復(fù)雜的成像系統(tǒng)，存在難度大、風(fēng)險高、結(jié)構(gòu)體積大等問題。我國環(huán)境衛(wèi)星搭載的空間調(diào)制干涉成像光譜儀采用了通過擺鏡引入定標(biāo)光源的方法，就存在結(jié)構(gòu)體積大、使用風(fēng)險高的問題。除此之夕卜，目前尚未見到國內(nèi)外有關(guān)同類干涉成像光譜儀設(shè)計星上定標(biāo)系統(tǒng)的報道。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提出了一個時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，解決了背景技術(shù)中，在時間空間聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀上設(shè)計星上定標(biāo)系統(tǒng)難度大、風(fēng)險高、結(jié)構(gòu)體積大的技術(shù)問題。本實用新型的技術(shù)方案是時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)方法，其特殊之處在于包括以下步驟(I)定標(biāo)燈的輻射光經(jīng)過積分球勻光后由積分球出口射出；(2)積分球出口射出的均勻光經(jīng)過光譜玻璃形成具有光譜特征吸收峰的定標(biāo)光；(3)定標(biāo)光經(jīng)反射棱鏡反射至干涉成像光譜儀的一次像面上，并照明一次像面的邊緣視場形成星上定標(biāo)視場，星上定標(biāo)視場是光譜維X方向全視場、空間維y方向邊緣局部視場；(4) 一次像面視場的星上定標(biāo)光依次通過干涉成像光譜儀中的剪切干涉儀和傅立葉成像鏡，在干涉成像光譜儀的二次像面上形成星上定標(biāo)干涉圖；(5)將二次像面上形成的星上定標(biāo)干涉圖通過光譜復(fù)原軟件得到星上定標(biāo)復(fù)原光譜；(6)將星上定標(biāo)復(fù)原光譜與基礎(chǔ)星上定標(biāo)復(fù)原光譜進(jìn)行比對，根據(jù)特征吸收峰位置的變化實現(xiàn)相對光譜定標(biāo)，具體為當(dāng)特征吸收峰位置不變時，成像光譜儀干涉性能沒變；當(dāng)特征吸收峰位置變化時，根據(jù)特征吸收峰漂移的方向及漂移量，修正干涉成像光譜儀的干涉參數(shù)d/f s,進(jìn)行光譜定標(biāo)。上述反射棱鏡的第二反射面位于一次像面的星上定標(biāo)視場的前方。上述光譜特征吸收峰具有多個特征峰。時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，其特殊之處在于包括積分球、設(shè)置于積分球入口處的定標(biāo)燈、設(shè)置于積分球出口的光譜玻璃以及反射棱鏡，所述反射棱鏡將透過光譜玻璃的光反射至一次像面的星上定標(biāo)視場。上述定標(biāo)燈為兩個，一個作為工作燈，另一個作為備份燈。上述積分球的材料為聚四氟乙烯，內(nèi)球徑為35mm。上述反射棱鏡的厚度為4_7mm。上述反射棱鏡的第二反射面位于一次像面的星上定標(biāo)視場的前方。本實用新型具有以下優(yōu)點(I)此星上定標(biāo)系統(tǒng)在一次像面的局部視場引入定標(biāo)光源，通過后面的干涉儀、傅立葉成像鏡形成星上定標(biāo)干涉圖，其復(fù)原光譜可以充分反映光譜儀的干涉特性，使星上光譜定標(biāo)得以實現(xiàn)，同時又避免了從主系統(tǒng)前方引入定標(biāo)光源時加運動擺鏡的風(fēng)險和結(jié)構(gòu)龐大的弊病。(2)此星上定標(biāo)系統(tǒng)利用一個厚度不大且軸向空間小的薄反射棱鏡的邊緣將定標(biāo)光源引入主系統(tǒng)一次像面的邊緣局部視場，實現(xiàn)局部視場的星上光譜定標(biāo)，且結(jié)構(gòu)緊湊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，占用光學(xué)系統(tǒng)的軸向空間小。(3)此星上定標(biāo)系統(tǒng)雖是局部視場的定標(biāo)，但局部視場的星上定標(biāo)干涉圖和復(fù)原光譜可以完全反映光譜儀的干涉性能，對成像光譜儀的光譜定標(biāo)是可行的。(4)定標(biāo)光源經(jīng)積分球內(nèi)多次反射成為均勻光，在像面上可以得到視場方向光強(qiáng)均勻、光譜一致的星上定標(biāo)干涉圖，因此星上定標(biāo)系統(tǒng)無需成像推掃，星上定標(biāo)干涉圖不需拼接，直接提取定標(biāo)視場空間維像元的干涉圖，可以直接復(fù)原出星上定標(biāo)光譜。(5)定標(biāo)燈的主、備份件安裝在同一積分球的二個入口，結(jié)構(gòu)緊湊。(6)積分球出口安裝的光譜玻璃材料具有特征吸收峰透射光譜，使定標(biāo)光源經(jīng)后面系統(tǒng)產(chǎn)生具有特征光譜的定標(biāo)干涉圖，再經(jīng)光譜復(fù)原軟件復(fù)原，得到具有特征吸收峰的星上定標(biāo)光譜，可以根據(jù)特征峰位置的變化和比對實現(xiàn)星上光譜定標(biāo)。

圖1 :星上定標(biāo)系統(tǒng)圖；圖2 :—次像面視場；附圖標(biāo)號說明1-光譜玻璃，2-定標(biāo)燈,3-積分球,4-反射棱鏡,5-—次像面，6- 一次像面視場，7-星上定標(biāo)視場，X-光譜維方向，y-空間維方向。
具體實施方式
干涉成像光譜儀，包括沿光路依次分布的一次像面、干涉儀、成像鏡、二次像面，干涉儀優(yōu)選為剪切干涉儀，成像鏡優(yōu)選為傅立葉成像鏡。時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)方法，包括以下步驟(I)定標(biāo)燈2的福射光經(jīng)過積分球3勻光后由積分球3出口射出；(2)積分球3出口射出的均勻光經(jīng)過光譜玻璃I形成具有光譜特征吸收峰的定標(biāo)光；光譜特征吸收峰具有多個特征峰，但只需觀測一個最有效的特征峰。(3)定標(biāo)光經(jīng)反射棱鏡4反射至干涉成像光譜儀的一次像面5上，并照明一次像面5的邊緣視場形成星上定標(biāo)視場7，星上定標(biāo)視場7是光譜維X方向全視場、空間維y方向邊緣局部視場，一般只占用10個左右數(shù)量的像元；(4) 一次像面視場6的星上定標(biāo)光依次通過干涉成像光譜儀中的剪切干涉儀和傅立葉成像鏡，在干涉成像光譜儀的二次像面上形成星上定標(biāo)干涉圖；(5)將二次像面上形成的星上定標(biāo)干涉圖通過光譜復(fù)原軟件得到星上定標(biāo)復(fù)原光譜；(6)將星上定標(biāo)復(fù)原光譜與基礎(chǔ)星上定標(biāo)復(fù)原光譜進(jìn)行比對，根據(jù)特征吸收峰位置的變化實現(xiàn)相對光譜定標(biāo)，具體為當(dāng)特征吸收峰位置不變時，表明成像光譜儀干涉性能沒變，無需修正；當(dāng)特征吸收峰位置變化時，表明成像光譜儀干涉性能改變，根據(jù)特征吸收峰漂移的方向及漂移量，修正干涉成像光譜儀的干涉參數(shù)d/fs，完成光譜定標(biāo)。時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，包括積分球3、設(shè)置于積分球3入口處的定標(biāo)燈2、設(shè)置于積分球3出口的光譜玻璃I以及反射棱鏡4。定標(biāo)燈2為兩個,分別安裝在積分球3的兩個入口，一個作為工作燈，另一個作為備份燈。積分球3的材料為聚四氟乙烯，內(nèi)球徑為35mm。光譜玻璃1，使積分球3出口射出的光成為具有特征吸收峰的定標(biāo)光。反射棱鏡4是厚度不大且軸向空間小的薄反射棱鏡，其厚度為4_7mm，以保證反射棱鏡4強(qiáng)度和剛度，反射棱鏡4太薄，易碎，安裝不方便，穩(wěn)定性差；反射棱鏡4太厚，占用系統(tǒng)空間。反射棱鏡4的第一反射面位于積分球3出口的前方，反射棱鏡4的第二反射面位于一次像面的星上定標(biāo)視場7的前方。該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單，占用光學(xué)系統(tǒng)的軸向空間小。
權(quán)利要求1.時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于包括積分球、設(shè)置于積分球入口處的定標(biāo)燈、設(shè)置于積分球出口的光譜玻璃以及反射棱鏡，所述反射棱鏡將透過光譜玻璃的光反射至一次像面的星上定標(biāo)視場，所述星上定標(biāo)視場是光譜維X方向全視場、空間維I方向邊緣局部視場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于反射棱鏡的第二反射面位于一次像面的星上定標(biāo)視場的前方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于所述定標(biāo)燈為兩個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于所述積分球的材料為聚四氟乙烯，內(nèi)球徑為35mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，其特征在于反射棱鏡的厚度為4-7mm。
專利摘要本實用新型提出了一個時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，解決了背景技術(shù)中，在時間空間聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀上設(shè)計星上定標(biāo)系統(tǒng)難度大、風(fēng)險高、結(jié)構(gòu)體積大的技術(shù)問題。時空聯(lián)合調(diào)制干涉成像光譜儀的星上光譜定標(biāo)系統(tǒng)，包括積分球、設(shè)置于積分球入口處的定標(biāo)燈、設(shè)置于積分球出口的光譜玻璃以及反射棱鏡，所述反射棱鏡將透過光譜玻璃的光反射至一次像面的星上定標(biāo)視場，所述星上定標(biāo)視場是光譜維x方向全視場、空間維y方向邊緣局部視場。該系統(tǒng)避免了從主系統(tǒng)前方引入定標(biāo)光源時加運動擺鏡的風(fēng)險和結(jié)構(gòu)龐大的弊病。薄反射棱鏡結(jié)構(gòu)緊湊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，占用光學(xué)系統(tǒng)的軸向空間小。
文檔編號G01S7/497GK202837540SQ201220437939
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者相里斌, 計忠瑛, 崔燕, 石大蓮, 高靜 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所