CN101251418A - 轻小型机上集成光谱及辐射定标装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻小型机上集成光谱及辐射定标装置，包括光源，由光纤束，导光板，掺杂稀土元素的漫反射板，透射式漫射板构成的面光源组件，转动电机及光谱辐射亮度计。光谱辐射亮度计相对待定标光谱仪器而言，具有高精度，高稳定度的特点，其与光谱仪器安装在同一平台上，其光路方向均向同一方向；由转动电机带动面光源组件向上转避开光谱仪器光路，此时仪器可对目标进行观测；需定标时，转动电机将面光源组件向下转位于待定标光谱仪器的正前方，即可开始对仪器的光谱及辐射定标，此时，光谱辐射亮度计工作，实时监控辐射亮度的变化。本发明辐射定标装置的特点在于既轻又小，特别适用于星载及深空探测应用的光谱仪器的机上光谱及辐射定标。

Description

轻小型机上集成光谱及辐射定标装置

技术领域

本发明属于光谱及辐射测量技术领域，具体是一种轻小型机上集成光谱及辐射定标装置，它集成在光谱仪器上为仪器提供实时的光谱及辐射定标。

背景技术

目前，光谱仪器，包括光谱仪及成像光谱仪，其应用正越来越深入社会生活的各个方面。光谱仪器获取天空、地面和海洋目标的图象或光谱图像信息，为了使获得的信息具有真实可靠性，都需要作定标校准。但是，应用于机载，特别是星载，以及深空探测的光谱仪器虽然在实验室进行过定标校准，一旦升空后，由于所处的环境状况发生较大的变化以及随着时间的推移而受到不同程度的污染和老化，探测器的响应率或多或少都会发生一些变化，从而使获取的信息的真实性受到影响。为了解决这个问题，一般都在仪器内加装机上定标装置或利用地面靶标(如敦煌的中国遥感卫星辐射校正场)对相关仪器进行定标校准。

机上定标装置通常使用太阳光或定标灯作为光源，当前运行的相当多的仪器的机上定标装置仅具有辐射定标功能，而且大部分只能对部分光路，部分视场，部分孔径进行实现实时校准。定标灯作光源随着环境变化和时间的推移，其输出不可避免的要发生改变；使用太阳光作为光源，也存在太阳高度角变化导致的定标误差问题，这样就使得定标校准的精度难以评估。另外，对于深空探测光谱仪器的机上定标，更要求定标准置轻小型化。总而言之，对于现代光谱探测应用所需的光谱及辐射定标来说，现有的一些装置显得相对不足。

发明内容

本发明目的是提供一种机上集成光谱及辐射定标装置，解决光谱仪器机上光谱及辐射定标以及定标装置轻小型化的技术问题。

如附图1所示，本发明的机上集成光谱及辐射定标装置由光源1、线列光纤束21、导光板22、掺杂稀土元素的漫反射板23、透射型漫射板24、转动电机3和光谱辐射亮度计4构成。光源1采用太阳光或定标灯作为光源；导光板22采用石英玻璃制成以满足空间使用环境要求；光谱辐射亮度计4采用高精度、高稳定性的亮度计，从而保证能在被定标光谱仪器的工作寿命期间提供正确的定标数据。

本发明的光谱及辐射定标装置利用光源1获得辐亮度可调的光源，光源1发出的光进入线列光纤束21变为线型排列的多光束，从导光板22侧面进入导光板，由导光板22、掺杂稀土元素的漫反射板23、透射型漫射板24将光束变为含有特征吸收峰的均匀的面光源由漫射板23输出，进入待定标光谱仪器5及高精度光谱辐射亮度计4进行光谱及辐射定标，定标结束后，转动电机3带动面光源组件2向上转避开光谱仪器光路(附图2中的虚线所示位置)，此时仪器可对目标进行观测。

高精度光谱辐射亮度计4与待定标光谱仪器5安装在同一平台上，其光路方向均向同一方向工作，实时监控面光源组件辐射亮度的变化。当光源1确定时，进入面光源组件2的光辐射的辐亮度与波长规一化函数关系就确定，而组成面光源组件2的线列光纤束21，导光板22，掺杂稀土元素的漫反射板23，透射型漫射板2的材料经特别设计及制作后，具有稳定的化学及物理特性，因此，自面光源组件2出射的光辐射的辐亮度与波长归一化函数关系确定。这样，调整耦合进光纤束21的光强，同时通过高精度光谱辐射亮度计4的监控，就可产生多个能级而归一化辐亮度与波长函数关系相同的光进入待定标仪器，满足光谱仪器辐射定标需要。另外，自面光源组件2出射的光辐射，包含有多个特征吸收峰，这些特征吸收峰与掺杂稀土元素的漫反射板23中掺杂的稀土元素的固有特性有关，当掺杂稀土元素的漫反射板23经特别设计并制作完成后，特征吸收峰就完全确定。可以满足光谱仪器光谱定标对波长定位的需要。

同时，考虑到定标装置长期运行后不可避免要受到尘埃、辐射等的污染及影响而对装置的最终性能产生影响，本发明的高精度光谱辐射亮度计4还可以实时监控其变化。

本发明的优点在于：

1)本发明用光纤束将光源变成线阵排列的多光束，同时，创造性共用侧光式导光板以及掺杂稀土漫反射板于定标装置中，产生含有特征吸收峰的辐亮度可调的均匀面光源。

2)本发明将光谱及辐射定标装置合二为一，满足了机上光谱及辐射定标轻小型化的要求。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图；

图中：1——光源；

      2——面光源组件；

      21——线列光纤束；

      22——导光板；

      23——掺杂稀土元素的漫反射板；

      24——透射型漫射板；

      3——转动电机；

      4——光谱辐射亮度计；

   5——待定标光谱仪器。

图2是本发明装置工作状态图。

图3是本发明实施例中所用导光板导光原理示意图

图中：221——导光网点。

图4是本发明中实施例所用的掺杂稀土元素的漫反射板反射比光谱曲线。

具体实施方式

下面根据图1至图4给出本发明一个较好实施例，用以说明本发明的结构特征和实施方法，而不是用来限定本发明的范围。

本实施例是为可见至短波红外成像光谱仪提供的机上定标装置，设计寿命为2年，其光谱分谱率在0.4-1.0微米为5nm，1.0-2.5微米为10nm，要求机上光谱定标精度优于1nm，辐射定标精度优于10％。

轻小型机上光谱及辐射定标装置包括如下几个部分：

1)光源1：在本实施方案中选择太阳光作为光源，因此，光纤入射面法线相对于太阳角度的不同，可以获得不同辐射亮度的光源。

2)光纤束21：光纤束由南京春晖科技实业有限公司制作，其一端排列成圆型的中心对称状，将光源(1)入射的辐射耦合进光纤，光纤束的另一端排列成线形，因此进入光纤束的辐射成线状的多束细小光束出射。

3)导光板22：由光纤束21出射的线状排列的多束细小光束，从侧面进入导光板22，导光板实现将其变为均匀面源的目的。如图3所示，本实施例使用矩形导光板，其材料为石英，其折射率为1.458，大于外界空气折射率，光线大于临界角入射时在导光板内部以全反射的方式传播，在平滑的导光板面上加入导光网点221，入射至导光网点221光产生漫反射，从而破坏全反射让光从导光板一面出射。一般来说，导光板近端面网点较小，较疏，远端面较大，较密，从而过到使点或线光源变为均匀面光源的目的。

4)掺杂稀土元素的漫反射板23：放置于导光板一面，将从导光板溢出的光反射回导光板，起到增加光源利用率，产生特列吸收峰及提高匀光性的作用。本实施例使用的漫反射板其特征吸收峰①-⑩位置如图4所示，为安徽光机所定制。

5)透射型漫射板24：安徽光机所定作，放置于导光板的另一面，起到提高出射光的匀光性作用。

6)光谱辐射亮度计4：安徽光机所定作，在待定标光谱仪器5的寿命时间内，稳定性优于1％，其绝对辐射测量精度优于1％，因此，可以满足本实施例中待定标光谱仪器定标时实时监控装置辐亮度变化的需求。

如上所述，轻小型机上光谱及辐射定标装置产生辐亮度可变的均匀的含有特征吸收峰的面光源，进入到待定标光谱仪器中，实现光谱仪器全光路、全孔径、全视场的高精度光谱及辐射定标。

Claims (5)

1. 一种轻小型机上集成光谱及辐射定标装置，它包括光源(1)，面光源组件(2)，转动电机(3)及光谱辐射亮度计(4)，其特征在于：面光源组件(2)是一个由线列光纤束(21)、导光板(22)、掺杂稀土元素的漫反射板(23)、透射式漫射板(24)构成的既能对光谱仪器进行辐射定标同时又能对其进行光谱定标的面光源。

2. 根据权利要求1所述的一种轻小型机上集成光谱及辐射定标装置，其特征在于：所说的光源(1)采用太阳光或者定标灯。

3. 根据权利要求1所述的一种轻小型机上集成光谱及辐射定标装置，其特征在于：所说的导光板(22)采用石英玻璃材料。

4. 根据权利要求1所述的一种轻小型机上集成光谱及辐射定标装置，其特征在于：所说的掺杂稀土元素的漫反射板(23)是定制的能产生特征吸收峰的漫反射板。

5. 根据权利要求1所述的一种轻小型机上集成光谱及辐射定标装置，其特征在于：所说的光谱辐射亮度计(4)在待定标光谱仪器(5)的工作寿命时间内，其工作稳定性优于1％，绝对辐射测量精度优于1％。

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