[發明專利]一種面向星地激光通信的紅外云成像儀系統

在審

• 申請號: 202010436550.3
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111811656A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 張智勇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G01N21/84;G06F16/58;G06T7/50;G06T7/80
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

本發明公開了一種面向星地激光通信的紅外云成像儀系統，包括光學感應模塊、通信控制模塊、算法單元，光學感應模塊由微波輻射熱計相機搭載廣角鏡頭組成，通信控制模塊利用微型計算機，采用服務器?客戶端模式，算法單元包括輻射定標算法模塊和云的光學深度算法模塊，輻射定標算法模塊用于解決非制冷焦平面陣列相機的溫度漂移問題，云的光學深度算法模塊利用原始遙感圖像和實時溫度數據，能夠得出云的輻射圖像；本發明能夠應用于星地激光通信時分析云層數據，為預判云層干擾提供先驗信息，解決了晝夜觀測、遠程在線下載和云統計信息不足等問題。

技術領域

本發明涉及一種面向星地激光通信獲取云輻射和云光學深度的測量裝置，并且具體涉及紅外輻射定標和檢測云層光學深度的方法，可作為星地激光通信檢測分析云層的實用裝置系統。

背景技術

隨著空間數據通信需求的不斷提升，傳統星地間采用的微波通信技術由于相對較低的傳輸速率已難以滿足日益增長的數據傳輸需求，采用激光通信技術已成為未來星地之間通信的發展趨勢。

在實現星地激光通信過程中，云對光學信號的衰減強度隨云的光學性質的不同而差異很大。厚的云層使激光信號嚴重衰減，足以完全切斷激光通信鏈路。光學薄云，特別是卷云，主要是通過散射衰減光束，降低激光信號能量。以往研究云的統計信息，僅針對云量和云狀已不能滿足星地激光通信領域的需求，還需研究云的光學深度。現有的云觀測手段都有一定的局限性：衛星云圖的空間分辨率在1公里以上，采樣間隔在15分鐘以上，時間和空間分辨率都很低，而雷達探測專用于定點天頂方向觀測、且設備成本高，均無法滿足實際應用需求為滿足星地激光通信領域的需求，本發明提供一種作為星地激光通信中云輻射和云光學深度分析測量的裝置。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種面向星地激光通信的紅外云成像儀系統，可令非制冷紅外相機的成像結果免受環境溫度變化的影響；解決傳統模式獲取數據不便的問題，提供多用戶在線訪問數據模式，可實現遠程在線訪問服務器和下載圖像數據；解決傳統系統輸出云圖像信息不足的問題，同時提供了云輻射圖像和云的光學深度圖像。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種面向星地激光通信的紅外云成像儀系統，包括光學感應模塊、通信控制模塊、算法單元，其中：

光學感應模塊由微波輻射熱計相機搭載廣角鏡頭組成，光學感應模塊用于將焦平面陣列采集到的場景輻射值轉化為數據流格式，也就是通過相機內部的非制冷焦平面陣列采集視場上空場景的紅外波段輻射數據。

通信控制模塊提供交互式接口，可提供多用戶遠程訪問和在線下載圖像數據。通信控制模塊利用微型計算機，采用服務器-客戶端模式，將設備的服務器端口打開之后，能夠接收多個用戶在線訪問和下載云圖像數據，用戶根據自身需求制定拍攝時間間隔，圖像以時間戳的格式命名并保存在客戶本地數據庫中。

算法單元包括輻射定標算法模塊和云的光學深度算法模塊，輻射定標算法模塊用于解決非制冷焦平面陣列相機的溫度漂移問題，通過非制冷焦平面陣列溫度依賴模型來補償設備受環境溫度變化的響應，提高相機響應的準確性。云的光學深度算法模塊利用原始遙感圖像和實時溫度數據，能夠得出云的輻射圖像。利用云的輻射圖像和大氣傳輸模型的結果，能夠得出云的光學深度。將云的光學深度與星地激光通信質量相關聯，得到直觀的數據可用于判斷激光通信鏈路的傳輸狀況。輻射定標算法模塊用于保障圖像的準確性，將原始遙感圖像轉化為輻射圖像。云的光學深度算法模塊能夠將輻射圖像轉化為光學深度圖像，反映云層對光信號的衰減情況，

輻射定標算法模塊將微波輻射熱計相機的輸出與場景源的溫度輻射構建聯系，對此依賴進行補償：

修正焦平面陣列溫度依賴：