[發明專利]擺掃型成像光譜儀地面自動尋位全量程輻射定標方法及定標裝置

在審

• 申請號: 202010511184.3
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111595437A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 王智宏;孫澎勇;劉杰;王豫喆;楊宇恒
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00;G01J3/28
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王立文

1.一種擺掃型成像光譜儀地面自動尋位全量程輻射定標方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)定標裝置的太陽角及輻射照度測量模塊測量當前太陽光垂直方向的輻照度E_S(λ)和天頂角θ_S，λ為波長，其取值在成像光譜儀的有效波長范圍內；確定標準反射板漫反射面的反射率t_R，t_R滿足：

式中：t_em為地面反射率最大值；為使定標裝置的翻轉角度有較大的變化范圍，若定標裝置配備的標準反射平面中有多塊滿足式(1)，應選擇其中反射率較小的；

(2)根據成像光譜儀輻射定標要求設置輻射定標值個數n和相對輻射定標值R_i，i＝1、2、...、n，R_i取值范圍[0，1]，是成像光譜儀入瞳處的光譜輻射亮度值L_Ri與其最大響應輻射亮度L_max的比值，L_max取太陽光垂直照射地面、地面反射率最大值時成像光譜儀接收的輻射亮度；

(3)初始化i＝1，漫反射平面翻轉角根據天頂角方向調整定標裝置的狀態：反射板的翻轉軸與成像光譜儀掃擺轉軸平行，成像光譜儀入瞳光軸N_O與反射面法線方向N_R構成的平面與太陽入射光線平行；

(4)計算不同相對標定值R_i下漫反射平面對應的翻轉角和其提供的輻亮度L_Ri(λ)：

(5)變角度改變定標輻射量光譜采集，在當前相對定標值R_i狀態下，定標裝置按以下步驟操作：

A、翻轉機構翻轉電機(4)轉動使標準反射板(2)的反射面與地面夾角為

B、光譜儀位置測量模塊測量成像光譜儀位置，判斷成像光譜儀光軸是否位于反射板的中心位置，如果是，則繼續下一步，否則移動機構調整定標裝置與成像光譜儀的相對位置；

C、光譜儀位置測量模塊測量成像光譜儀入瞳中心與反射面的距離h，判斷在成像光譜儀的掃擺方向滿足：

式中：D為成像光譜儀入瞳直徑；b₁為反射面在成像光譜儀掃擺方向的尺寸；α₀為成像光譜儀入瞳光軸N_O與反射面法線方向N_R的夾角，等于成像光譜儀擺掃角α與之差，β₀為成像光譜儀視場角；

同時在垂直掃擺方向滿足：

式中：b₂為反射面在垂直成像光譜儀掃擺方向的尺寸；

判斷式(4)和(5)是否同時滿足，若是，則繼續下一步，否則升降機構調整反射板高度，直至滿足條件，返回步驟B；

D、翻轉機構進行水平測量，判斷水平臺面是否水平；若是，繼續下一步，否則調節水平并返回步驟B；

E、成像光譜儀進行數據采集并傳給定標裝置的定標控制系統，獲得光譜響應數據S_i(λ)；

(6)i值加1，判斷i是否大于n，若是，則繼續，否則返回步驟(5)；

(7)建立成像光譜儀輻射定標關系式，在成像光譜儀波長范圍內建立光譜測量值S(λ)與標準輻射量L_R(λ)之間的定量關系式；

(8)定標裝置回歸初始狀態，定標結束。

2.一種實現權利要求1所述的擺掃型成像光譜儀地面自動尋位全量程輻射定標方法的定標裝置，其特征在于，包括翻轉機構、升降機構、移動機構和定標控制系統四部分：

——翻轉機構由標準反射板(2)通過螺釘固定在反射板安裝框架(1)上，反射板安裝框架(1)的一側與固定軸座(14)的軸承過盈配合連接，另一側與翻轉電機(8)的軸(5)過盈配合連接，翻轉電機(8)通過螺釘固定在電機座(10)上，電機座(10)和固定軸座(14)通過螺釘固定在水平臺面(11)上，太陽角及輻射照度測量模塊(12)固定在水平臺面(11)上表面，光譜儀位置測量模塊的感受器Ⅰ(3)和感受器Ⅱ(3’)分別固定在反射板安裝框架(1)的兩側的中間位置，零位測量模塊(6)對準翻轉電機軸(5)的零位銷位置固定在水平臺面(11)上，水平測量模塊(15)通過螺釘固定在水平臺面(11)上，水平位置調節電機Ⅰ(17)和水平位置調節電機Ⅱ(17’)分別軸向下用螺釘固定在水平臺面(11)上表面的一側，螺紋軸Ⅰ(19)和螺紋軸Ⅱ(19’)一端分別與水平位置調節電機Ⅰ(17)和水平位置調節電機Ⅱ(17’)的軸過盈配合連接，另一端分別與水平臺面(11)下方的升降機構(20)的升降臺面(21)上的兩個螺紋孔配合連接；

電源及信號線(4)、(7)、(13)和(16)均分別與定標控制系統電路接口Ⅰ連接，翻轉電機(8)的電源信號線(9)與定標控制系統電路接口Ⅱ連接，水平位置調節電機Ⅰ(17)的電源信號線(18)和水平位置調節電機Ⅱ(17’)的電源信號線(18’)均與定標控制系統電路接口Ⅲ連接組成；

——升降機構(20)為一電動剪叉式升降平臺，升降臺面(21)的一側設有螺紋孔A，另一側設有螺紋孔B1和B2，一側通過螺紋孔A與水平臺面(11)用螺釘和彈簧墊片固定連接，另一側通過螺紋孔B1與螺紋軸Ⅰ(19)配合連接，B2與螺紋軸Ⅱ(19’)配合連接，底部安裝架(22)與移動機構的底盤(27)通過螺釘固定，電動升降控制線(23)與定標控制系統(32)的電路接口Ⅳ連接組成；

——移動機構由轉向電機(29)通過螺栓固定在底盤(27)的頭部，轉向電機(29)的軸通過聯軸器(25)與轉向輪(24)的軸連接；

驅動輪車軸Ⅰ(30)和驅動輪車軸Ⅱ(30’)分別通過軸承固定在底盤(27)尾部的兩側，驅動輪Ⅰ(26)通過鍵銷安裝在驅動輪車軸Ⅰ(30)上，驅動輪Ⅱ(26’)通過鍵銷安裝在驅動輪軸Ⅱ(30’)上，驅動輪(26)的控制線(31)和驅動輪(26’)的控制線(31’)分別與定標控制系統(32)對應接口Ⅴ連接，轉向電機(29)的控制線(28)與定標控制系統(32)對應的電路接口Ⅵ連接組成；

——定標控制系統(32)通過螺釘固定在翻轉機構的水平臺面(11)的下表面，由接口Ⅰ經測量模塊處理轉換電路與微處理器電路連接，接口Ⅱ經翻轉電機驅動電路與微處理器電路連接，接口Ⅲ經水平調節電機驅動電路與微處理器電路連接，接口Ⅳ經電動升降驅動電路與微處理器電路連接，接口Ⅴ經驅動輪驅動電路與微處理器電路連接，接口Ⅵ經轉向電機驅動電路與微處理器電路連接，接口Ⅶ經電源電路分別連接轉向電機驅動電路、微處理器電路、電動升降驅動電路、水平調節電機驅動電路、翻轉電機驅動電路、測量模塊處理轉換電路、無線通訊電路和驅動輪驅動電路。