[發明專利]水上光譜儀觀測方向自動調整裝置

有效

• 申請號: 201310222259.6
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103279135A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 楊安安;朱建華;高飛;李銅基;李增軍
• 申請（專利權）人: 國家海洋技術中心
• 主分類號: G05D3/00
• 分類號: G05D3/00
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 崔立增

技術領域

本發明涉及海洋測量儀器，特別是涉及自動調整水上光譜儀觀測方向的裝置。

背景技術

水上光譜儀是測量水體表觀光學參數的重要儀器設備，其測量的離水輻亮度是海洋水色遙感的基礎物理量，是水體色素成分的光學表現。現場精確獲取離水輻亮度將有利于生物光學算法、大氣校正算法的開發，以及對星載遙感器的輻射校正及其數據的真實性檢驗。

水上光譜儀測量時必須采用合理的觀測幾何，觀測方向與太陽入射方向呈一定夾角，一般要呈100°夾角，才會盡可能避免測量過程中太陽耀斑、白帽等隨機污染對測量結果的影響，否則將嚴重影響測量的準確性。目前國內外水上光譜儀的觀測幾何的確定均為人工現場判斷，其角度確定不精確，特別是不能自動調整，無法滿足自動測量的要求。因此，迫切需要水上光譜儀觀測角自動調整功能的裝置，滿足水上光譜儀現場自動準確測量的要求。

發明內容

根據現有水上光譜儀尚不具備觀測方向自動調整功能，本發明推出一種水上光譜儀觀測方向自動調整裝置，其目的是由單片機根據太陽入射方向所確定的水上光譜儀觀測方位角控制轉動臺,帶動安裝在轉動臺上方的水上光譜儀自動調整觀測方向，保持水上光譜儀與太陽入射方向呈一定夾角的理想觀測幾何，提高水體表觀光學參數測量的準確性。

本發明涉及的水上光譜儀觀測方向自動調整裝置，包括底座和轉動臺，轉動臺位于底座上方，底座安裝有旋轉軸承，底座通過旋轉軸承帶動轉動臺轉動。

底座為立方體結構，底座上側中央設置支撐轉軸，支撐轉軸安裝在轉動臺下側的軸承套內。底座殼體內設置控制電路和附屬裝置，包括中央處理器、電機驅動器、旋轉編碼器、導電滑環、轉動渦輪、伺服電機、渦桿。

中央處理器為單片計算機，與電機驅動器和旋轉編碼器分別連接。電機驅動器通過控制電路與伺服電機相連。中央處理器向電機驅動器下達轉動指令，電機驅動器驅動伺服電機轉動。伺服電機的傳動軸連接渦桿，渦桿與轉動渦輪嚙合，伺服電機通過渦桿、轉動渦輪、旋轉軸承和支撐轉軸驅動底座上方的轉動臺旋轉。

旋轉編碼器的轉動軸與旋轉軸承上的齒輪嚙合，旋轉軸承旋轉的同時帶動旋轉編碼器的轉動軸旋轉。旋轉編碼器通過內部兩個光敏接受管轉化其角度碼盤的時序和相位關系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向），并將這些參數傳送給中央處理器，由中央處理器計算獲得轉臺轉動角度。

轉動臺為圓柱體結構，轉動臺中央設置旋轉軸承，底座支撐轉軸插入旋轉軸承內，通過旋轉軸承傳動實現轉動臺轉動。轉動臺頂部安裝有控制信號接口。轉動臺的上方安裝水上光譜儀，通過控制信號接口的外部連接接口與水上光譜儀實現電氣連接。

導電滑環是底座和轉動臺之間的電路連接件，包括固定端和轉動端兩個部分。固定端安裝在底座內部，轉動端安裝在轉動臺內部，固定端和轉動端通過滑動觸點實現電路聯通。導電滑環用于消除控制線路和轉臺之間的轉動干擾。

底座殼體側面裝有控制接口，外部連接控制電纜，內部連接導電滑環的固定端。

轉動臺頂部安裝有控制信號接口，控制信號接口內部連接導電滑環的轉動端，外部連接水上光譜儀。

底座殼體側面裝有電源接口，接口外部用于連接電源線，內部通過電路與伺服電機、中央處理器、旋轉編碼器、電機驅動器等連接，為所有電路提供電源。

轉動臺在伺服電機的驅動下旋轉，轉動臺上方的水上光譜儀隨轉動臺的旋轉而轉動。中央處理器控制電機驅動器，進而調整水上光譜儀觀測方向。

水上光譜儀的觀測方向在太陽入射方向對稱的兩側，與太陽入射方向的相對夾角為100°。水上光譜儀的觀測方向有兩個，可以由太陽入射方位角來確定。太陽入射方位角由測量地點的地理位置和測量時間計算，中央處理器根據輸入的測量地點的地理位置和測量時間所計算的太陽入射方位角，控制電機驅動器，自動的調整水上光譜儀觀測方向。

水上光譜儀觀測方向自動調整裝置的觀測方向的調整方法包括：計算太陽入射方位角φ_S、確定儀器觀測方位角、調整儀器觀測方向。

1、計算太陽入射方位角φ_S

太陽入射方位角由測量點的地理位置和測量時間計算。

太陽入射方位角φ_s由下述兩公式表示：

φ_s=A（當地時間12:00以后），????（1）

φ_s=360°-A（當地時間12:00以前）????（2）

φ_s以地理正南為0°，順時針旋轉，儀器觀測方向與正南方向夾角的范圍從0°至360°。