[發(fā)明專利]一種輕小型機(jī)載大視場(chǎng)面陣擺掃熱紅外成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010440803.4
• 申請(qǐng)日: 2020-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN111562021B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚祎;王躍明;郁洪軒;韓貴丞;莊曉瓊;王晟瑋;張長(zhǎng)興;張東
• 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): G01J5/53
• 分類號(hào): G01J5/53;G01J5/48;G01J5/28;G01J5/08;G01J5/0806;G01J5/00
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 郭英

本發(fā)明公開了一種輕小型機(jī)載大視場(chǎng)面陣擺掃熱紅外成像系統(tǒng)，包括擺鏡組件，光學(xué)組件，探測(cè)器組件，黑體組件，電子學(xué)組件和框架結(jié)構(gòu)。所述熱紅外成像系統(tǒng)采用折轉(zhuǎn)式光學(xué)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)布局為U型。所述擺鏡組件位于光學(xué)系統(tǒng)最前端，通過(guò)雙面擺鏡的側(cè)擺掃實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)成像和機(jī)上絕對(duì)輻射定標(biāo)。所述黑體組件位于擺鏡正上方，采用高發(fā)射率面源黑體，黑體面與光學(xué)入瞳重合，半導(dǎo)體制冷器加熱和制冷復(fù)合控溫,可在較短時(shí)間周期內(nèi)達(dá)到高低控溫點(diǎn)。本發(fā)明可以滿足輕小型化、定量化、高靈敏度、高分辨率機(jī)載熱紅外成像遙感需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空遙感紅外成像領(lǐng)域，具體涉及一種輕小型機(jī)載大視場(chǎng)面陣擺掃熱紅外成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

航空熱紅外成像系統(tǒng)在核電站溫排水監(jiān)測(cè)、城市熱島效應(yīng)監(jiān)測(cè)與預(yù)防、海洋搜救、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、軍事目標(biāo)探測(cè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，實(shí)用型機(jī)載熱紅外成像系統(tǒng)要求幅寬大、靈敏度高。在無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，平臺(tái)載重和續(xù)航能力有限，還要求儀器體積緊湊、重量輕。受紅外探測(cè)器規(guī)模限制，長(zhǎng)波紅外相機(jī)單幀成像視場(chǎng)通常較小，一般通過(guò)光機(jī)掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)成像。常見的光機(jī)掃描方式分為三種：?jiǎn)卧獟呙枋健⒍嘣呤揭约懊骊嚪址健２捎妹骊囂綔y(cè)器的面陣分幅掃描方式具有多通道的優(yōu)勢(shì)，單次成像的像元數(shù)多，能夠獲得較長(zhǎng)的像元駐留時(shí)間，比較有利于實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)靈敏度和空間分辨率。

已有公開文獻(xiàn)報(bào)道面陣擺掃技術(shù)在機(jī)載大幅寬高分辨率紅外成像儀中的應(yīng)用，主要是利用連續(xù)運(yùn)動(dòng)的多幀圖像配準(zhǔn)后疊加來(lái)提高靈敏度(詳見：《輕小型面陣擺掃熱紅外成像系統(tǒng)研究》.激光與紅外，2015，45(10)；《面陣擺掃寬幅成像技術(shù)研究》.上海：中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所，2015)。但是在這些文獻(xiàn)中，未考慮紅外相機(jī)的實(shí)時(shí)絕對(duì)輻射定標(biāo)和系統(tǒng)的輕小型設(shè)計(jì)。

本發(fā)明通過(guò)控制紅外光學(xué)系統(tǒng)的入瞳位置和U型系統(tǒng)布局，實(shí)現(xiàn)了一種結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、能夠?qū)崟r(shí)內(nèi)定標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)的大視場(chǎng)長(zhǎng)波紅外成像系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種置高低溫黑體于光學(xué)系統(tǒng)入曈位置的、U型緊湊結(jié)構(gòu)布局的機(jī)載大視場(chǎng)面陣擺掃熱紅外成像系統(tǒng)，滿足遙感應(yīng)用領(lǐng)域?qū)C(jī)載熱紅外成像系統(tǒng)輕小型化和定量化的需求。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種輕小型機(jī)載大視場(chǎng)面陣擺掃熱紅外成像系統(tǒng)，包括擺鏡組件，光學(xué)組件，探測(cè)器組件，黑體組件，電子學(xué)組件和框架結(jié)構(gòu)。光學(xué)系統(tǒng)為折轉(zhuǎn)式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)呈U型緊湊布局。所述擺鏡組件位于光學(xué)系統(tǒng)最前端，所述黑體組件位于其正上方，且黑體面與光學(xué)入瞳重合，由擺鏡轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成像和機(jī)上定標(biāo)。成像時(shí)，外部輻射經(jīng)由所述擺鏡組件和光學(xué)組件會(huì)聚于探測(cè)器組件，定標(biāo)時(shí)，擺鏡轉(zhuǎn)動(dòng)朝上與黑體面呈45°，使黑體充滿視場(chǎng)。每個(gè)掃描周期內(nèi)，分別通過(guò)擺鏡的兩個(gè)反射面進(jìn)行連續(xù)多次對(duì)地成像和一次黑體數(shù)據(jù)采集，不同掃描周期可獲取不同溫度的黑體數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行絕對(duì)輻射定標(biāo)。電子學(xué)組件側(cè)放于探測(cè)器組件左側(cè)，框架結(jié)構(gòu)用于固定以上各組件。

所述擺鏡組件包括擺鏡、步進(jìn)電機(jī)、軸系結(jié)構(gòu)、光柵編碼器。所述擺鏡為雙面反射鏡，材料為鋁，采用一體化構(gòu)型設(shè)計(jì)。

所述光學(xué)組件包括透鏡組1、反射鏡、透鏡組2，為折轉(zhuǎn)式構(gòu)型。所述反射鏡為鋁鏡，采用一體化構(gòu)型設(shè)計(jì)，第3片透鏡為球面鏡，材料為硫化鋅，其余透鏡面均為高次非球面，材料為鍺。

所述探測(cè)器組件采用長(zhǎng)波紅外面陣探測(cè)器，由機(jī)械制冷機(jī)制冷。

所述黑體組件包括面源黑體、半導(dǎo)體制冷器、黑體隔熱支撐、散熱翅片、風(fēng)扇、測(cè)溫電阻、黑體支撐座。所述面源黑體發(fā)射率大于98％，由表面微結(jié)構(gòu)和均勻噴涂工藝實(shí)現(xiàn)。所述半導(dǎo)體制冷器外輪廓與所述面源黑體相同，上下表面薄涂導(dǎo)熱硅脂分別與所述面源黑體的背面和所述散熱翅片的背面緊貼，實(shí)現(xiàn)加熱和制冷復(fù)合控溫。所述黑體隔熱支撐由低熱導(dǎo)率材料加工而成，內(nèi)側(cè)面粘貼高反射率鋁箔，與所述面源黑體外側(cè)面粘貼的鋁箔之間形成薄空氣層。所述風(fēng)扇固定于所述散熱翅片中心，純銅翅片沿徑向均布在所述風(fēng)扇周圍。所述測(cè)溫電阻為鉑電阻。