地基可見高光譜分辨率月球觀測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及成像光譜技術和輻射定標技術領域，具體涉及一種地基可見高光譜分辨率月球觀測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]定量化遙感是大氣、海洋等遙感領域發(fā)展的重點方向。對空間遙感器定標是遙感信息定量化的前提，遙感數(shù)據(jù)的可靠性及應用的深度和廣度在很大程度上取決于遙感器的定標準確度。同時定標后的數(shù)據(jù)不依賴于遙感器的數(shù)據(jù)，其輻射值仍保持著目標結構和成分的物理信息。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)范圍內的天然星體，被稱作“solar diffuser”，月球表面有極好的福射穩(wěn)定性，一旦準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系，就可以將月球用作空間遙感器的長期定標源。
[0003]目前國內外都建立了相關的地基對月觀測系統(tǒng)，但是主要都集中在濾光片型光譜成像儀。濾光片型成像儀是通過旋轉濾光片輪切換不同的濾光片進入光路來實現(xiàn)不同譜段的光譜測量，由于濾光片型成像光譜儀的工作原理所致，其一般只有幾個譜段。因此，采用濾光片型成像光譜儀的地基對月觀測系統(tǒng)只能得到幾個離散譜段的月球光譜圖像數(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，而月球若用作空間遙感器的長期定標源是需要獲取月球的寬波段連續(xù)高光譜輻射數(shù)據(jù)，并且這種采用濾光片型光譜成像儀的地基對月觀測系統(tǒng)受濾光片帶寬的限制光譜分辨率較低，無法滿足地基對月觀測時的寬波段高光譜分辨率的要求。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決現(xiàn)有采用濾光片型光譜成像儀的地基對月觀測系統(tǒng)存在的觀測光譜不連續(xù)且光譜分辨率低的問題，本發(fā)明提出一種地基可見高光譜分辨率月球觀測系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明為解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0006]本發(fā)明的地基可見高光譜分辨率月球觀測系統(tǒng)，安裝在二維跟蹤轉臺上，包括視軸一致的月球跟蹤成像儀和可見高光譜成像儀，所述可見高光譜成像儀由望遠鏡、位于望遠鏡焦面上的入射狹縫、分波段衰減濾光片、平面轉折鏡、離軸橢球面準直鏡、色散棱鏡、離軸雙曲面成像鏡和面陣CCD探測器組成；
[0007]先粗調二維跟蹤轉臺使月球跟蹤成像儀對月球進行粗跟蹤同時捕獲月球圖像，再精調二維跟蹤轉臺使可見高光譜成像儀的視軸對準月球圓盤的右邊緣，月球圓盤的一個條帶經(jīng)望遠鏡成像在入射狹縫上，形成狹縫像；從入射狹縫出射的光束依次經(jīng)分波段衰減濾光片調節(jié)光強、平面折轉鏡折轉、離軸橢球面準直鏡準直、色散棱鏡色散后，再經(jīng)離軸雙曲面成像鏡按照不同波長聚焦成像在面陣CCD探測器上；
[0008]當狹縫像從月球圓盤的右邊緣掃描至左邊緣時，完成對月球圓盤的一次掃描；再次調整二維跟蹤轉臺使可見高光譜成像儀的視軸重新對準月球圓盤的右邊緣，重新開始下一次的掃描觀測，依次循環(huán)往復，實現(xiàn)對整個月球圓盤的高光譜分辨率掃描觀測。
[0009]進一步的，所述望遠鏡為透射式像方遠心系統(tǒng)，焦距匕滿足:230謹彡f 260mm，相對孔徑D/ft滿足:1/8 ( D/f 1/5。
[0010]進一步的，所述望遠鏡的組成透鏡片數(shù)Nt滿足:5彡N 10。
[0011]進一步的，所述望遠鏡由無焦平板透鏡、第一雙凸正透鏡、第一雙凹負透鏡、第二雙凸正透鏡、第一凹凸負透鏡、第二雙凹負透鏡、第三雙凸正透鏡和第二凹凸負透鏡組成；所述無焦平板透鏡的材料為H-K9L，所述第一雙凸正透鏡的材料為H-ZBaF3，所述第一雙凹負透鏡的材料為ZF3，所述第二雙凸正透鏡、所述第二雙凹負透鏡和第二凹凸負透鏡的材料均為ZF7，所述第一凹凸負透鏡的材料為H-QK3L，所述第三雙凸正透鏡的材料為H-ZK10。
[0012]進一步的，所述離軸橢球面準直鏡的二次曲面系數(shù)ki滿足:-0.-0.6，離軸量Ii1滿足:60 ^ 70。
[0013]進一步的，所述離軸雙曲面成像鏡的二次曲面系數(shù)k2滿足:-1.7 ^ k2^ -1.4，離軸量h2滿足:24彡h2< 30。
[0014]進一步的，所述離軸橢球面準直鏡二次曲面的曲率半徑^與離軸雙曲面成像鏡二次曲面的曲率半徑r2滿足:0.85r^ r2^ 1.1r10
[0015]進一步的，所述色散棱鏡具有兩個工作表面，分別為第一工作表面和第二工作表面，所述第一工作表面為透射面，所述第二工作表面為內反射面，所述第一工作表面與第二工作表面之間的夾角α滿足:20 < α < 30。
[0016]進一步的，所述色散棱鏡采用熔石英透鏡。
[0017]進一步的，所述月球跟蹤成像儀的視場角FOV2滿足:25^^0￥2<35，焦距匕滿足:300mm ( f2^ 400mm，相對孔徑 D 2/f2滿足:1/5 彡 D 2/f2彡 1/3。
[0018]進一步的，所述可見高光譜成像儀的工作波段為400?lOOOnm，視場角FOV1滿足:1.2 彡 FOV1S 1.5，焦距滿足:195mm ^ f ^ 286mm，相對孔徑 D ^f1 滿足:1/8.SSD1/
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[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]本發(fā)明利用月球跟蹤成像儀和二維跟蹤轉臺對月球進行粗跟蹤同時捕獲月球圖像，利用月球相對地球的運動同時利用可見高光譜成像儀實現(xiàn)對整個月球圓盤掃描觀測拼接得到完整的月球高光譜分辨率連續(xù)光譜輻射數(shù)據(jù)。本發(fā)明中，可見高光譜成像儀采用熔石英透鏡作為色散元件，在400?100nm波段具有高透射率，采用離軸橢球面準直鏡和離軸雙曲面成像鏡來保證良好的光譜成像質量，從而獲得高光譜分辨率。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明中的可見高光譜成像儀的結構組成示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明中的色散棱鏡的結構示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明的地基可見高光譜分辨率月球觀測系統(tǒng)對月球進行掃描觀測的原理示意圖。
[0024]圖中:1、望遠鏡，1.1、無焦平板透鏡，1.2、第一雙凸正透鏡，1.3、第一雙凹負透鏡，1.4、第二雙凸正透鏡，1.5、第一凹凸負透鏡，1.6、第二雙凹負透鏡，1.7、第三雙凸正透鏡，1.8、第二凹凸負透鏡，2、入射狹縫，3、分波段衰減濾光片，4、平面轉折鏡，5、離軸橢球面準直鏡，6、色散棱鏡，7、離軸雙曲面成像鏡，8、面陣CXD探測器，a、第一工作表面，b、第二工作表面。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026]本發(fā)明的地基可見高光譜分辨率月球觀測系統(tǒng)，主要包括月球跟蹤成像儀和可見高光譜成像儀。
[0027]月球跟蹤成像儀的視場角FOV2滿足:25( FOV 2彡35，視場角FOV 2最好為30 ;焦距f2滿足:300mm彡f 3彡400mm ;相對孔徑D 2/f2滿足:1/5彡D氣(1/3。優(yōu)選的，月球跟蹤成像儀的焦距&為350mm，月球跟蹤成像儀的入瞳直徑D 2為87.5mm，月球跟蹤成像儀的相對孔徑D2/f2^ 1/4。
[0028]本實施方式中，月球跟蹤成像儀選用裕眾光學有限公司的Sky Rover型成像儀。
[0029]可見高光譜成像儀的工作波段為400?100nm ;視場角FOVj^足:1.2彡FOV1S 1.5，視場角FOV丨最好為1.4 ;焦距f丨滿足=I95Him彡286臟；相對孔徑DJf1滿足:1/8.8 SD1A1S 1/4。優(yōu)選的，可見高光譜成像儀的焦距f# 245mm，可見高光譜成像儀的入瞳直徑D1約為40.833_，可見高光譜成像儀的相對孔徑D ^匕為1/6。
[0030]如圖1所示，可見高光譜成像儀由望遠鏡1、入射狹縫2、分波段衰減濾光片3、平面轉折鏡4、離軸橢球面準直鏡5、色散棱鏡6、離軸雙曲面成像鏡7和面陣CCD探測器8組成。
[0031]望遠鏡I為透射式像方遠心系統(tǒng)，焦距匕滿足:230mm ^ f 260mm,相對孔徑D/仁滿足:1/8彡D/f 1/5。入射狹縫2位于望遠鏡I的焦面上。
[0032]望遠鏡I的組成透鏡片數(shù)Nt滿足:5彡N 10。本實施方式中，望遠鏡I由8片透鏡組成，分別為無焦平板透鏡1.1、