[實(shí)用新型]實(shí)用型熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520372014.6
• 申請(qǐng)日: 2015-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN204964021U
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建宇;李春來;呂剛;袁立銀;金健;陳小文;劉恩光;曾智江;季鵬;姬宏楨;曹嘉豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01J3/28
• 分類號(hào): G01J3/28;G01J3/02;G01J3/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及高光譜成像技術(shù)，具體是指一種實(shí)用型熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)，它應(yīng)用于地質(zhì)礦物勘探、污染氣體監(jiān)測(cè)、特征目標(biāo)精細(xì)識(shí)別等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

成像高光譜技術(shù)的出現(xiàn)是遙感界的一場(chǎng)革命，它使本來在寬波段遙感中不可探測(cè)的物質(zhì)在高光譜遙感中能被探測(cè)，其重要意義已經(jīng)得到世界范圍內(nèi)的公認(rèn)，相對(duì)于可見光和短波紅外，在熱紅外波段進(jìn)行高光譜遙感研究具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。受技術(shù)條件限制，其發(fā)展一直相對(duì)緩慢，近年來隨著技術(shù)的進(jìn)步，高光譜紅外傳感器的研制和應(yīng)用才逐漸被世界各個(gè)國(guó)家和機(jī)構(gòu)所重視，包括美國(guó)、歐盟在內(nèi)的多個(gè)組織和部門都在進(jìn)行熱紅外高光譜成像傳感器的研制，。

對(duì)高光譜成像儀而言，分光方式是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。一般而言，高光譜成像儀的分光方式包括棱鏡分光、光柵分光、傅里葉變換分光等方式。其中棱鏡和光柵是常見的分光方式，大多數(shù)的航空、航天平臺(tái)的高光譜成像儀均采用此方案，可以通稱為色散型分光方式，傅里葉分光方式是通過光譜像元干涉圖與光譜圖之間的傅里葉變換關(guān)系，通過測(cè)量干涉圖和對(duì)干涉圖進(jìn)行傅里葉變換來獲得物體的光譜信息，該方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對(duì)于可見與短波紅外譜段的高光譜成像儀而言，色散型分光和傅里葉分光國(guó)內(nèi)均有成熟的設(shè)備(如機(jī)載實(shí)用型模塊化成像光譜儀OMIS、環(huán)境衛(wèi)星載超光譜成像儀)。

目前我國(guó)無論是機(jī)載平臺(tái)還是星載平臺(tái)尚無實(shí)用化運(yùn)行的熱紅外高光譜成像儀載荷，由于其涉及到紅外背景的抑制及低溫光學(xué)的等技術(shù)難題，無論采用色散型分光方案還是傅里葉分光方案，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)與可見光、短波紅外譜段的高光譜成像儀均有著極大的不同，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

發(fā)明內(nèi)容

本專利提供了一種實(shí)用型熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)，解決紅外背景的抑制及低溫光學(xué)的工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)難題。

本專利熱紅外高光譜成像儀工作于熱紅外譜段的高光譜成像儀載荷系統(tǒng)，它采用色散型分光方式，利用平面光柵+三反射鏡組作為分光部件，載荷系統(tǒng)除前置望遠(yuǎn)鏡外其它部件均工作于低于100K的深底紋環(huán)境下，紅外焦平面探測(cè)器采取特殊冷屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠抑制紅外背景輻射，使系統(tǒng)可以獲得目標(biāo)在8.0～12.5μm譜段之間多于180個(gè)的高光譜圖像信息，是一種新型的可實(shí)用化熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)。

本專利的熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖1所示，它包括實(shí)時(shí)定標(biāo)裝置1、前置望遠(yuǎn)鏡2、低溫冷箱鍺窗口3、狹縫4、低溫光譜儀5、低溫冷箱6和熱紅外焦平面探測(cè)器組件7。目標(biāo)景物的熱紅外輻射光譜信息經(jīng)前置望遠(yuǎn)鏡透過鍺窗口后會(huì)聚于狹縫處，狹縫用于限制入射光的觀測(cè)瞬時(shí)視場(chǎng)，之后經(jīng)過低溫光譜儀的分光，將入射的目標(biāo)的熱紅外全譜段光譜信號(hào)均勻色散開來，然后不同波段的光譜信息會(huì)聚于熱紅外焦平面探測(cè)器組件對(duì)應(yīng)的焦面位置。圖1中的狹縫4、低溫光譜儀5、熱紅外焦平面探測(cè)器組件7均位于低溫冷箱6內(nèi)部，在系統(tǒng)處于常溫常壓環(huán)境時(shí)，冷箱內(nèi)部為高真空狀態(tài)，其內(nèi)部部件由2臺(tái)斯特林制冷機(jī)閉環(huán)制冷到100K，熱紅外焦平面探測(cè)器組件的光敏面由其自帶的小型制冷機(jī)制冷到60K。鍺窗口位置位于低溫冷箱上，正對(duì)前置望遠(yuǎn)鏡，保證經(jīng)過前置望遠(yuǎn)鏡會(huì)聚的目標(biāo)光信息進(jìn)入冷箱內(nèi)部不受遮擋，它采用真空法蘭和低溫冷箱進(jìn)行密封連接，工作于常溫狀態(tài)。

當(dāng)熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)工作時(shí)，可以獲取的目標(biāo)一個(gè)掃描條帶的高光譜信息，通過遙感平臺(tái)(機(jī)載或者星載)推掃的方式獲得目標(biāo)的三維圖譜信息。

本專利的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)、通過低溫冷箱的設(shè)計(jì)降低儀器自身光機(jī)系統(tǒng)的紅外背景輻射，這樣目標(biāo)的熱紅外高光譜信號(hào)不至于被淹沒在儀器自身的紅外背景輻射中，使得采用色散型分光方式的高光譜成像儀器在熱紅外譜段進(jìn)行探測(cè)技術(shù)上變得可能；

(2)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)前置望遠(yuǎn)鏡不進(jìn)行低溫制冷，這樣對(duì)于本專利在具體實(shí)施中提出的空間分辨率為1mrad、視場(chǎng)18度的適合于機(jī)載運(yùn)行的系統(tǒng)在直接更換望遠(yuǎn)鏡后實(shí)現(xiàn)更高的分辨率(對(duì)應(yīng)視場(chǎng)變小)，從而更加適合衛(wèi)星平臺(tái)的高分辨率觀測(cè)需求；

(3)、系統(tǒng)分光部件設(shè)計(jì)為三反射鏡+平面光柵的結(jié)構(gòu)，它放置于一個(gè)真空箱體內(nèi)部，分光部件工作于低溫100K以下，該部件結(jié)構(gòu)小巧，采用2臺(tái)中功率的較大冷量的斯特林制冷機(jī)即可實(shí)施制冷目標(biāo)，大大降低了大規(guī)模低溫系統(tǒng)研制的復(fù)雜性；

(4)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)有實(shí)時(shí)定標(biāo)裝置，該裝置放置于前置望遠(yuǎn)鏡之前，通過轉(zhuǎn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施全路徑輻射定標(biāo)，可以提高機(jī)載或星載系統(tǒng)的定量化精度。

附圖說明

圖1是本專利的系統(tǒng)原理示意圖；圖中：

1--實(shí)時(shí)定標(biāo)裝置；

2--前置望遠(yuǎn)鏡；

3鍺窗口；