利用狹縫型成像光譜儀進(jìn)行地基對月觀測的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地基對月觀測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用狹縫型成像光譜儀進(jìn)行地基對月觀測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]定量的空間遙感絕對測量(被測的量可以從儀器上直接讀出數(shù)值)的挑戰(zhàn)之一就是長期監(jiān)測儀器響應(yīng)變化，與標(biāo)準(zhǔn)源比較是一種監(jiān)測變化的方法。如果可以利用一個合適的輻射特性已知的天然星體，則是一個非常有價值的定標(biāo)源。月球是唯一一個包含在地球軌道上絕大多數(shù)成像光譜儀動態(tài)范圍內(nèi)的天然星體，被稱作“solar diffuser”，非常穩(wěn)定，月球表面有極好的輻射穩(wěn)定性，一旦準(zhǔn)確地確定出月球光譜輻射亮度隨相位角和天平動角的變化關(guān)系，就可以將月球用作儀器的長期定標(biāo)源。
[0003]目前國內(nèi)外都開展了大量的地基對月觀測，大多采用濾光片型成像光譜儀進(jìn)行地基對月觀測。由于濾光片型成像光譜儀工作原理所致，其觀測視場受到狹縫限制，通常狹縫長度方向的視場角為幾度，狹縫寬度方向的視場角為幾十角秒甚至十幾角秒，而整個月球?qū)Φ厍蛏嫌^測點的視場角約為0.5°，每次利用濾光片型成像光譜儀對月球進(jìn)行觀測時均為月亮圓盤中的一個長條，因此，采用濾光片型成像光譜儀的地基對月觀測方法只能得到離散的月球光譜圖像數(shù)據(jù)，不能得到月球的高光譜分辨率的連續(xù)光譜圖像數(shù)據(jù)，也就不能通過計算獲得月球的連續(xù)光譜輻射亮度信息，必須通過對月球多次跟蹤掃描觀測才能拼接得到完整的月球光譜圖像。為了保證拼接的月球光譜圖像的準(zhǔn)確性和精度，對跟蹤精度提出了更高的要求，因此，一系列月球的長條形光譜圖像數(shù)據(jù)的定位誤差必須比濾光片型成像光譜儀狹縫寬度方向視場角小I?2個數(shù)量級，因而要求濾光片型成像光譜儀測量時的對月跟蹤和定位精度要求優(yōu)于I角秒，這對跟蹤轉(zhuǎn)臺的設(shè)計和加工以及算法開發(fā)都提出了極為苛刻的條件，即使能開發(fā)出這種跟蹤轉(zhuǎn)臺也需要極大的物力、人力和時間等研制成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有地基對月觀測方法存在的對跟蹤定位精度要求極高且無法獲得高光譜分辨率的月球連續(xù)光譜圖像的問題，本發(fā)明提供一種利用狹縫型成像光譜儀進(jìn)行地基對月觀測的方法。
[0005]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明的利用狹縫型成像光譜儀進(jìn)行地基對月觀測的方法，通過地基對月觀測裝置實現(xiàn)，包括以下步驟:
[0007]步驟1:利用月球運動軌跡模擬軟件計算出月球相對于地球某點在某一觀測時間段內(nèi)的運動軌跡及運動角速度；
[0008]步驟I1:根據(jù)步驟I中計算得到的月球運動軌跡，在觀測開始時刻，利用跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺控制狹縫型成像光譜儀的觀測視場指向月球右邊緣區(qū)域后駐留；
[0009]步驟II1:根據(jù)步驟I中計算得到的月球運動角速度、狹縫型成像光譜儀狹縫寬度方向的視場角、狹縫型成像光譜儀的信噪比以及月球光譜圖像無縫拼接要求，利用月球運動軌跡模擬軟件計算狹縫型成像光譜儀的積分時間，設(shè)定積分時間，狹縫型成像光譜儀開始連續(xù)探測月球光譜圖像，利用月球的相對運動，整個月球的右邊緣區(qū)域至左邊緣區(qū)域依次進(jìn)入狹縫型成像光譜儀的觀測視場，得到一系列月球各區(qū)域的長條形光譜圖像數(shù)據(jù)；
[0010]步驟IV:在狹縫型成像光譜儀對月球進(jìn)行連續(xù)探測的同時，利用與狹縫型成像光譜儀共光軸安裝的月球成像儀同步記錄月球運動軌跡；
[0011]步驟V:利用計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)對得到的一系列月球各區(qū)域的長條形光譜圖像進(jìn)行拼接和重采樣處理，獲得整個月球的高光譜分辨率的連續(xù)光譜圖像數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)狹縫型成像光譜儀的光譜輻亮度響應(yīng)度計算得到整個月球在各空間位置的連續(xù)光譜輻射亮度信息。
[0012]進(jìn)一步的，所述地基對月觀測裝置包括:
[0013]跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺，計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)，安裝在計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)中的月球運動軌跡模擬軟件，安裝在跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺上且與計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)電連接的狹縫型成像光譜儀，安裝在跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺上且與計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)電連接的月球成像儀；所述狹縫型成像光譜儀和月球成像儀共光軸。
[0014]進(jìn)一步的，所述跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺的俯仰運動范圍為±50°，方位運動范圍為360°，最大載重為50kg，通過程控自動跟蹤星體，定位精度優(yōu)于30角秒。
[0015]進(jìn)一步的，所述狹縫型成像光譜儀工作波段覆蓋400nm?lOOOnm，積分時間根據(jù)月球運動角速度、狹縫型成像光譜儀狹縫寬度方向的視場角、狹縫型成像光譜儀的信噪比以及月球光譜圖像無縫拼接要求進(jìn)行確定，保證狹縫型成像光譜儀的信噪比大于100。
[0016]進(jìn)一步的，所述月球成像儀由望遠(yuǎn)鏡和CXD探測器組成，所述CXD探測器像元尺寸為 5.2 μ mX 5.2 μ m，有效像元數(shù)為 1280X 1024。
[0017]進(jìn)一步的，所述月球成像儀的焦距為218mm，視場角為1.75° X1.4°，月亮直徑對應(yīng)圖像中的像元數(shù)為366。
[0018]進(jìn)一步的，所述月球運動軌跡模擬軟件采用SAMPA。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、本發(fā)明的地基對月觀測的方法中利用月球運動軌跡模擬軟件計算得到月球的運動軌跡和運動角速度，將狹縫型成像光譜儀指向月球右邊緣區(qū)域后固定不動并連續(xù)采集月球光譜圖像，由于月球的相對運動，整個月球依次進(jìn)入狹縫型成像光譜儀的觀測視場后進(jìn)行月球光譜圖像探測；采用狹縫型成像光譜儀，可同時獲得月球的空間信息和光譜信息，通過拼接可以獲得高光譜分辨率的月球連續(xù)光譜圖像，根據(jù)狹縫型成像光譜儀的輻亮度響應(yīng)度計算得到整個月球各空間位置的連續(xù)光譜輻射亮度信息，并且各光譜輻射信息同時完成探測，有效提高了觀測效率和觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。
[0021]2、本發(fā)明的地基對月觀測的方法回避了跟蹤掃描方法對跟蹤精度要求極高、轉(zhuǎn)臺難以實現(xiàn)或即便能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)臺研制成本極高等難題，只需要低精度的跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺將狹縫型成像光譜儀固定指向某一位置，克服了跟蹤掃描方法的跟蹤精度要求極高的難題。
[0022]3、本發(fā)明的地基對月觀測的方法中，通過獲得的月球的連續(xù)光譜輻射亮度信息就可以準(zhǔn)確地確定出月球光譜輻射亮度隨相位角和天平動角的變化關(guān)系，就可以將月球作為儀器的長期定標(biāo)源。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所采用的利用狹縫型成像光譜儀進(jìn)行地基對月觀測的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的利用狹縫型成像光譜儀進(jìn)行地基對月觀測的方法的原理示意圖。
[0025]圖中:1、跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺，2、狹縫型成像光譜儀，3、月球成像儀，4、計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明的利用狹縫型成像光譜儀進(jìn)行地基對月觀測的方法，主要是通過以下步驟實現(xiàn)的:
[0028]步驟1:本發(fā)明的方法中，所采用的地基對月觀測裝置如圖1所示，主要由跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺1、狹縫型成像光譜儀2、月球成像儀3、計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)4組成。狹縫型成像光譜儀2和月球成像儀3都安裝在跟蹤定位二維轉(zhuǎn)臺I上，并且狹縫型成像光譜儀2和月球成像儀3共光軸安裝；狹縫型成像光譜儀2和月球成像儀3都與計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)4電連接，計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)4中安裝有月球運動軌跡模擬軟件。
[0029]步驟I1:啟動計算機(jī)控制及采集系統(tǒng)4中的月球運動軌跡模擬軟件，利用月球運動軌跡模擬軟件精確地計算出月球相對于地球某點(根據(jù)觀測需要自行設(shè)定即可)在某一觀測時間段內(nèi)(根據(jù)觀測需要自行設(shè)定即可)的運動軌跡及運動角速度。
[0030]由于月球運動軌跡模擬算法已經(jīng)非常成熟，很容易通過相關(guān)月球運動軌跡模擬軟件(例