本發(fā)明屬于空間監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種遠(yuǎn)紫外成像儀光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系標(biāo)定方法，尤其適用于大視場遠(yuǎn)紫外成像儀的光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系的標(biāo)定。

背景技術(shù)：

極光主要是由太陽風(fēng)和地球磁層中的高能帶電粒子沿地球磁場線注入高緯度地區(qū)，將高層大氣分子或原子電離激發(fā)產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象，極光產(chǎn)生于地球的高磁緯地區(qū)上空即地球的南北兩極區(qū)域，一般為大于磁緯60°的區(qū)域。極光卵的形狀和位置對于解釋地球空間環(huán)境活動(dòng)狀態(tài)具有非常重要的意義。

在觀測極光卵的形狀和位置時(shí)，可以采用遠(yuǎn)紫外成像儀，尤其是大視場遠(yuǎn)紫外成像儀。儀器在830km高度的極軌太陽同步軌道上對地球南北兩極極光進(jìn)行沿軌掃描觀測時(shí)，單個(gè)鏡頭的瞬時(shí)視場角達(dá)到68°×10°(其中10°為沿軌道方向，68°為跨軌道方向)。但該儀器工作在140nm-180nm的遠(yuǎn)紫外波段，對其他波段輻射無響應(yīng)，而現(xiàn)有技術(shù)中沒有遠(yuǎn)紫外波段的干涉儀和經(jīng)緯儀，裝調(diào)過程無法準(zhǔn)確確定儀器光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)方向，給后續(xù)圖像處理和數(shù)據(jù)反演帶來了困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中遠(yuǎn)紫外成像儀裝調(diào)過程無法準(zhǔn)確確定儀器光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)方向，給后續(xù)圖像處理和數(shù)據(jù)反演帶來了困難的技術(shù)問題，提供一種遠(yuǎn)紫外成像儀光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系標(biāo)定方法。

遠(yuǎn)紫外成像儀光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系標(biāo)定方法，其特征在于，步驟如下：

步驟一、使用經(jīng)緯儀調(diào)整平行光管出射光束與立方鏡O₁Z₁軸平行，調(diào)整好以后，通過遠(yuǎn)紫外成像儀對平行光管成像，在像面獲得像點(diǎn)P₁；

步驟二、利用遠(yuǎn)紫外成像儀主距f和像元尺寸Δ計(jì)算像點(diǎn)P₁在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的方向矢量該單位向量即O₁Z₁軸在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的單位向量

步驟三、調(diào)整平行光管出射光束，使平行光管出射光束在立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系的X₁Z₁面或Y₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且平行光管出射光束指向與立方鏡Z₁軸存在一定夾角，調(diào)整好以后，通過遠(yuǎn)紫外成像儀對平行光管成像，在像面獲得像點(diǎn)P₂；

步驟四、利用遠(yuǎn)紫外成像儀主距f和像元尺寸Δ計(jì)算像點(diǎn)P₂在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的方向矢量

步驟五、計(jì)算O₁Y₁軸或O₁X₁軸在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的方向矢量；

如果步驟三中的平行光管出射光束是在Y₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向正O₁Y₁軸一側(cè)，則O₁X₁軸的單位向量表示為O₁Y₁軸的單位向量表示為

如果步驟三中的平行光管出射光束是在Y₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向負(fù)O₁Y₁軸一側(cè)，則O₁X₁軸的單位向量表示為O₁Y₁軸的單位向量表示為

如果步驟三中的平行光管出射光束是在X₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向正O₁X₁軸一側(cè)，則O₁Y₁軸的單位向量表示為O₁X₁軸的單位向量表示為

如果步驟三中的平行光管出射光束是在X₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向負(fù)O₁X₁軸一側(cè)，則O₁Y₁軸的單位向量表示為O₁X₁軸的單位向量表示為

步驟六、計(jì)算光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系至立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的遠(yuǎn)紫外成像儀光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系標(biāo)定方法克服了遠(yuǎn)紫外成像儀無法使用普通經(jīng)緯儀和干涉儀進(jìn)行坐標(biāo)系標(biāo)定的局限性，采用同時(shí)工作在遠(yuǎn)紫外波段和可見光波段的平行光管作為遠(yuǎn)紫外成像儀的成像光源，經(jīng)緯儀作為光源方向和立方鏡坐標(biāo)軸的測量儀器，通過測量平行于立方鏡坐標(biāo)軸的光線的圖像，準(zhǔn)確計(jì)算光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系至立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，標(biāo)定精度高，簡單易行，為遠(yuǎn)紫外成像儀數(shù)據(jù)的后續(xù)處理建立圖像像點(diǎn)坐標(biāo)與空間坐標(biāo)的嚴(yán)密幾何關(guān)系。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的遠(yuǎn)紫外成像儀及立方鏡的安裝示意圖；

圖2為本發(fā)明的遠(yuǎn)紫外成像儀光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系標(biāo)定方法的原理圖；

圖3為本發(fā)明的遠(yuǎn)紫外成像儀光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系標(biāo)定方法的流程圖；

圖中，1、遠(yuǎn)紫外成像儀鏡頭，2、立方鏡。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的原理為：采用立方鏡法，并輔助以平行光管。先通過在遠(yuǎn)紫外成像儀鏡頭1上安裝立方鏡2作為光學(xué)傳遞基準(zhǔn)(立方鏡2的安裝位置和方法與現(xiàn)有技術(shù)中立方鏡2的安裝位置和方法相同)，然后根據(jù)坐標(biāo)系正交關(guān)系，只需要確定立方鏡2的任意兩個(gè)坐標(biāo)軸在遠(yuǎn)紫外成像儀光學(xué)系統(tǒng)中的投影關(guān)系，即可通過右手定則確定第三個(gè)坐標(biāo)軸，從而建立光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系與立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，進(jìn)而通過立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣標(biāo)定光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系。其中，光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系為O₂-X₂Y₂Z₂，光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系原點(diǎn)O₂位于遠(yuǎn)紫外成像儀的探測器像面中心，立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系為O₁-X₁Y₁Z₁，立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系原點(diǎn)O₁位于立方鏡2的中心。本發(fā)明建立的坐標(biāo)系皆為直角坐標(biāo)系。

如圖3所示，本發(fā)明的遠(yuǎn)紫外成像儀光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系標(biāo)定方法，步驟如下：

步驟一、使用經(jīng)緯儀調(diào)整平行光管出射光束與立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系O₁Z₁軸平行，調(diào)整好以后，通過遠(yuǎn)紫外成像儀1對平行光管成像，在遠(yuǎn)紫外成像儀的探測器像面獲得像點(diǎn)P₁；

其中，經(jīng)緯儀和平行光管采用本領(lǐng)域中常用設(shè)備，沒有特殊限制，本實(shí)施方式采用的遠(yuǎn)紫外成像儀，為大視場遠(yuǎn)紫外成像儀，性能參數(shù)為：視場：68°×10°，角分辨率：0.44°，主距：f＝18.18mm，工作波段：140nm-180nm，探測器：光子計(jì)數(shù)成像探測器，探測器虛擬像元尺寸：Δ＝0.035mm，探測器像面中心O₂坐標(biāo)[x_c，y_c，z_c]＝[750，750，0]；

步驟二、利用遠(yuǎn)紫外成像儀主距f和像元尺寸Δ計(jì)算像點(diǎn)P₁在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的方向矢量該方向向量即O₁Z₁軸在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的單位向量

過程為：提取出P₁的坐標(biāo)[p_1x，p_1y]，則方向向量在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系O₂-X₂Y₂Z₂中的表示為其中同時(shí)得到O₁Z₁軸在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的單位向量

步驟三、調(diào)整平行光管出射光束，使平行光管出射光束在立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系的X₁Z₁面或Y₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且平行光管出射光束指向與立方鏡OZ₁軸存在一定夾角，通過遠(yuǎn)紫外成像儀對平行光管成像，在像面獲得像點(diǎn)P₂；

步驟四、利用遠(yuǎn)紫外成像儀主距f和像元尺寸Δ計(jì)算像點(diǎn)P₂在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的方向矢量

如，平行光管出射光束向正O₁Y₁軸方向調(diào)整平行光管指向，且平行光管出射光束指向在Y₁Z₁面內(nèi)，提取出P₂的坐標(biāo)[p_2x，p_2y]，則方向向量在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系O₂-X₂Y₂Z₂中的表示為其中

步驟五、計(jì)算O₁Y₁軸或O₁X₁軸在光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系中的方向矢量；

如果步驟三中的平行光管出射光束是在Y₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向正O₁Y₁軸一側(cè)，則O₁X₁軸的單位向量表示為根據(jù)右手定則，O₁Y₁軸的單位向量表示為

如果步驟三中的平行光管出射光束是在Y₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向負(fù)O₁Y₁軸一側(cè)，則O₁X₁軸的單位向量表示為根據(jù)右手定則，O₁Y₁軸的單位向量表示為

如果步驟三中的平行光管出射光束是在X₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向正O₁X₁軸一側(cè)，則O₁Y₁軸的單位向量表示為根據(jù)右手定則，O₁X₁軸的單位向量表示為

如果步驟三中的平行光管出射光束是在X₁Z₁面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向負(fù)O₁X₁軸一側(cè)，則O₁Y₁軸的單位向量表示為根據(jù)右手定則，O₁X₁軸的單位向量表示為

步驟六、計(jì)算光學(xué)系統(tǒng)坐標(biāo)系至立方鏡基礎(chǔ)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣