[發明專利]一種靜止軌道高靈敏度低畸變全譜段高光譜成像系統

在審

• 申請號: 202110674029.8
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113532646A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 李歡;唐紹凡;陳龍;王保華;任海培;馬龍;張祝偉;劉宇翔
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01N21/01;G01N21/31;G01N21/33;G01N21/35;G01N21/3581;G01N21/359
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種靜止軌道高靈敏度低畸變全譜段高光譜成像系統，包括平行光壓縮主光學系統、像方掃描系統、中繼望遠系統、光譜成像系統、面陣探測器組件、信號處理模塊。光譜成像系統包括紫外、可見光、短波紅外、中波紅外、長波紅外5個光譜通道，來自目標的光束依次經平行光壓縮主光學系統、像方掃描系統、中繼望遠系統、光譜成像系統，再成像在面陣探測器組件上，面陣探測器組件將入射光信號轉化為數字信號，信號處理模塊對獲得的信號進行處理從而獲得目標的光譜信息。本發明利用系統自身的像方掃描系統在靜止軌道實現多路高光譜推掃成像模式，掃描系統放置在平行壓縮光路之中，在降低整星掃描難度同時，避免了在會聚光路中加入掃描機構帶來的光學系統像差問題，有效解決了星載大口徑高分辨率高光譜成像關鍵技術。

技術領域

本發明屬于航天光學遙感技術領域，具體地，涉及一種靜止軌道高靈敏度低畸變全譜段高光譜成像系統。

背景技術

高光譜成像技術是基于多光譜成像技術發展而來，從70年代末的多光譜成像發展到80年代的高光譜成像技術，在對地觀測技術上有著重大突破。它是一門包含探測、精密光學、信號檢測、計算機圖像處理等多學科的綜合性技術，既可以對目標成像，也可以獲取目標的光譜特性。目前國外已有成熟的幾十套高光譜成像儀，成像光譜儀可獲得高光譜分辨率和高空間分辨率，在氣象預測、農林檢測、土壤分析、環境檢測、疾病檢測、軍事偵測中發揮著重要作用；

高光譜成像光譜儀最顯著的特點就是光譜寬度極寬，譜段多，光譜分辨率高，通常選擇干涉或者色散分光。高光譜成像儀由于譜段細分為上百個，單個譜段內能量驟減，在航天領域很難實現高靈敏度高分辨率探測。對于定量化遙感探測來說，高靈敏度和高分辨率是航天遙感必不可少的前提條件。因此，如何建立一種切實可行的高靈敏度高分辨率全譜段高光譜成像系統成為本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種靜止軌道高靈敏度低畸變全譜段高光譜成像系統，通過大口徑平行光壓縮主光學系統來收集能量，再壓縮光束口徑，減小后端光學系統尺寸，降低研制難度。通過像方掃描系統實現面陣成像區域掃描和特定區域指向功能，解決高光譜成像儀難以實現高分辨率、高靈敏度的問題。

本發明的技術方案包括：一種靜止軌道高靈敏度低畸變全譜段高光譜成像系統，包括沿光路依次布置的平行光壓縮主光學系統、像方掃描系統、中繼望遠系統、光譜成像系統、面陣探測器組件以及信號處理模塊；其中，光譜成像系統為色散型分光系統，包括會聚系統、色散系統以及成像系統；平行光壓縮主光學系統、像方掃描系統、中繼望遠系統組合稱為前置主光學系統；

平行光壓縮主光學系統位于整個高光譜成像系統的最前端，來自地面物體的光束經過平行光壓縮主光學系統，口徑被壓縮；

像方掃描系統位于平行光壓縮主光學系統后端，對經過平行光壓縮主光學系統的光束進行掃描；

中繼望遠系統位于像方掃描系統后端，對掃描之后的光束進行成像，將來自地面物體的光束會聚在其后焦平面上；

光譜成像系統的前焦平面與中繼望遠系統的后焦平面重合，對光束進行光譜分光和成像；

面陣探測器組件位于光譜成像系統的焦面上，接收來自光譜成像系統的入射光信號并將其轉化為數字信號；

信號處理模塊對從面陣探測器組件獲得的數字信號進行處理，獲得地面物體的光譜信息和空間信息。

所述平行光壓縮主光學系統，對于寬譜段長焦距小視場，采用同軸三反結構形式；對于寬譜段長焦距大視場，采用離軸三反結構形式。

所述像方掃描系統采用六自由度機構實現二維掃描功能，一維掃描用于實現線視場推掃模式，另一維掃描用于在靜止軌道實現指向功能；六自由度機構由六個并聯的驅動支鏈協同運動，實現對動平臺的位姿控制。

所述中繼望遠系統、會聚系統、成像系統均采用折射式或反射式或折反射式結構。