[發明專利]用于地基對月觀測的寬波段高光譜分辨率成像系統

有效

• 申請號: 201510515337.0
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105181137B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 薛慶生;王淑榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 于曉慶

技術領域

本發明涉及成像光譜技術和輻射定標技術領域，具體涉及一種用于地基對月觀測的寬波段高光譜分辨率成像系統。

背景技術

定量化遙感是大氣、海洋等遙感領域發展的重點方向。對空間遙感器定標是遙感信息定量化的前提，遙感數據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。同時定標后的數據不依賴于遙感器的數據，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成像光譜儀動態范圍內的天然星體，被稱作“solar diffuser”，月球表面有極好的輻射穩定性，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。

目前國內外都建立了相關的地基對月觀測系統，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只能得到幾個離散譜段的月球光譜圖像數據，不能得到月球的高光譜分辨率的連續光譜圖像數據，也就不能通過計算獲得月球的連續光譜輻射亮度信息，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高光譜輻射數據，并且這種采用濾光片型光譜成像儀的地基對月觀測系統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。

發明內容

為了解決現有采用濾光片型光譜成像儀的地基對月觀測系統存在的波段窄、譜段數少、觀測光譜不連續、光譜分辨率低的問題，本發明提出一種用于地基對月觀測的寬波段高光譜分辨率成像系統。

本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下：

本發明的用于地基對月觀測的寬波段高光譜分辨率成像系統，安裝在二維跟蹤轉臺上，包括：主鏡、次鏡、入射狹縫、楔形分色片、第一VNIR反射鏡、VNIR凸面光柵、第二VNIR反射鏡、VNIR平面轉折鏡、VNIR級次選擇濾光片、VNIR焦平面探測器、第一IR反射鏡、IR凸面光柵、第二IR反射鏡、IR級次選擇濾光片和IR焦平面探測器；

調整二維跟蹤轉臺使寬波段高光譜分辨率成像系統的視軸對準月球圓盤的右邊緣，月球圓盤的一個條帶經主鏡和次鏡反射聚焦后成像在入射狹縫上，形成狹縫像；

從入射狹縫出射的可見近紅外波段的光束依次經楔形分色片反射、第一VNIR反射鏡反射、VNIR凸面光柵色散后、第二VNIR反射鏡聚焦、VNIR平面轉折鏡折轉、VNIR級次選擇濾光片濾光后分波長聚焦成像在VNIR焦平面探測器上；

從入射狹縫出射的紅外波段的光束依次經楔形分色片透射、第一IR反射鏡反射、IR凸面光柵色散后、第二IR反射鏡聚焦、IR級次選擇濾光片濾光后分波長聚焦成像在IR焦平面探測器上；

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寬波段高光譜分辨率成像系統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，依次循環往復，實現對整個月球圓盤的寬波段、高光譜分辨率掃描觀測。

進一步的，所述主鏡的二次曲面系數K₁滿足：-1≤K₁≤-1.5；所述次鏡的二次曲面系數K₂滿足：-1.5≤K₂≤-5；所述次鏡對主鏡的遮攔比小于30％。

進一步的，所述入射狹縫為彎曲狹縫，所述入射狹縫的安裝面為柱面，所述入射狹縫的安裝面的旋轉軸垂直于入射狹縫長度方向，所述入射狹縫的安裝面的曲率半徑R₃滿足：50mm≤R₃≤100mm。

進一步的，所述楔形分色片采用ZnSe材料制成，其楔角β滿足：0.15≤β≤0.3；寬波段高光譜分辨率成像系統的工作波段利用楔形分色片分為可見近紅外波段和紅外波段，視場角FOV滿足：1.2≤FOV≤1.6，焦距f滿足：460mm≤f≤560mm，相對孔徑D/f滿足：1/5≤D/f≤1/3。

進一步的，所述VNIR凸面光柵分為A區和B區，A區和B區的閃耀波長不同，A區用于提高短波的衍射效率，B區用于提高長波的衍射效率，A區的面積S_A和B區的面積S_B滿足：1.2S_A≤S_B≤1.5S_A。