CN103196829A - 一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统 - Google Patents
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Abstract
一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统。涉及空间光学技术领域，解决现有探测仪无法实现360°全方位地球临边大气探测的问题，包括三个紫外全景成像仪，其中每个紫外全景成像仪由紫外全景环形透镜、中继透镜组、窄带滤光片、CCD探测器和电子学系统组成。地球临边场景先经过紫外全景环形透镜成一虚像，中继透镜组把紫外环形透镜所成的虚像以恰当的放大倍率成像到CCD探测器上，窄带滤光片用来选取要探测的紫外波段，CCD探测器与电子学系统相连接。本发明利用紫外全景成像技术实现对地球临边大气进行360°全方位探测，提高了大气痕量气体的探测和反演精度，适用于航天大气遥感领域。
Description
技术领域
本发明涉及空间光学技术领域，特别是一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统。
背景技术
紫外大气遥感是除可见、红外和微波遥感外的一种探测大气痕量气体的有效手段，根据观测方式的不同，紫外大气遥感可分为天底、临边和掩日/月三种方式，临边探测方式不仅空间覆盖范围大，而且垂直分辨率高，因此受到科学家的青睐。美国为其业务气象卫星系统研制了大气臭氧制图和廓线仪（OMPS）等紫外临边探测仪，欧空局为其气象卫星系统研制了大气制图扫描成像吸收分光计（SCIAMACHY）等紫外临边探测仪。国内，2008年，中科院长春光机所和中科院大气物理所合作率先开展紫外临边探测技术研究，在国家863项目的支持下，已成功研制了紫外临边成像光谱仪原理样机。然而，目前国内外现有的紫外临边探测仪器都一次只能对地球临边大气的某一个方位进行探测，然而，同一太阳天顶角下，不同方位的临边大气的光谱辐亮度存在较大的差异，显然只能对地球临边大气的某一方位进行探测的现有的紫外临边探测仪不能满足空间大气遥感的应用要求。空间大气遥感迫切需要360°全方位地球临边大气探测。
发明内容
本发明为解决现有探测仪无法实现360°全方位地球临边大气探测的问题，提供一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统。
一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，该系统包括三个紫外全景成像仪，每个紫外全景成像仪由紫外全景环形透镜、中继透镜组、窄带滤光片、CCD探测器和电子学系统组成；地球临边大气辅射光经过紫外全景环形透镜成一虚像，中继透镜组将紫外全景环形透镜所成的虚像放大后成像到CCD探测器上，所述窄带滤光片设置在中继透镜组与CCD探测器之间，通过窄带滤光片选择探测的紫外波段，电子学系统对CCD探测器上的成像进行处理。
本发明的工作原理：本发明所述的三波段小型紫外全景临边成像仪系统，利用紫外全景成像技术实现360°全方位地球临边大气探测，三个波段构成三个波长，提高了探测和反演的精度。每个紫外全景成像仪利用一个窄带滤光片选择一个探测波段。每个紫外全景成像仪都由紫外全景环形透镜、中继透镜组、窄带滤光片、CCD探测器和电子学系统组成。地球临边大气场景先经过紫外全景环形透镜成一虚像，中继透镜组把紫外环形透镜所成的虚像以恰当的放大倍率成像到CCD探测器上，在CCD探测器上得到一个360°的环形图像，环形图像的径向方向对应临边高度方向，径向信号的强弱反应了O3、NO2等大气痕量气体随临边高度变化的信息。环形图像上的每个同心圆为同一临边高度不同方位的地球临边大气所成的像，同心圆上信号的强弱代表了O3、NO2等大气痕量气体在同一临边高度不同方位上的分布信息。利用获得的环形图像信息并结合反演算法，可以反演O3、NO2等大气痕量气体全方位的时空分布，进而为大气科学、地球物理研究及天气预报等提供服务。
附图说明
图1为本发明的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统的结构示意图；
图2为本发明的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统中紫外全景环形透镜的结构示意图；
图中：1、紫外全景环形透镜，2、中继透镜组，3、窄带滤光片，4、CCD探测器，5、电子学系统，a、入射面，b、第一反射面，c、第二反射面，d、出射面。
具体实施方式
具体实施方式一，结合图1和图2说明本实施方式，一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，包括三个紫外全景成像仪，其中每个紫外全景成像仪由紫外全景环形透镜1、中继透镜组2、窄带滤光片3、CCD探测器4和电子学系统组成5。目标场景先经紫外全景环形透镜1成一虚像，中继透镜组2把紫外环形透镜1所成的虚像以恰当的放大倍率成像到CCD探测器4上，窄带滤光片3放置在中继透镜组2与CCD探测器4之间，用来选择要探测的紫外波段，CCD探测器4与电子学系统5相连接。
三个紫外全景成像仪采用不同的窄带滤光片，其余组件相同。本发明利用紫外全景成像技术实现对地球临边大气进行360°全方位探测，并利用三种窄带滤光片选取三个紫外波段，构成三组波长对同时探测，提高了大气痕量气体的探测和反演精度，适用于航天大气遥感领域。
本实施方式所述的三个紫外全景成像仪的工作波段不同，采用的窄带滤光片3各不相同，三个窄带滤光片的透射波段分别对应三个紫外全景成像仪的工作波段。三个紫外全景成像仪采用的紫外全景环形透镜1、中继透镜组2、CCD探测器4和电子学系统5均相同。所述的紫外全景环形透镜1的入射面是光焦度为正的球面，第一反射面和第二反射面是光焦度为负的球面，出射面为平面，采用的光学材料为熔石英。第二反射面的曲率半径R2与第一反射面的曲率半径R1满足：2.8R1≤R2≤3.2R1。所述紫外全景环形透镜1、中继透镜组2、窄带滤光片3和CCD探测器4的中心轴在同一直线上。所述的三个紫外全景成像仪的光轴相互平行。
具体实施方式二、本实施方式为具体实施方式一所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统的实施例：
三波段小型紫外全景临边成像仪系统对地球临边大气进行360°全方位探测，预计工作在轨道高度H=400km的卫星平台上，三个波段的中心波长分别为265nm、295nm和360nm，带宽分别为20nm、15nm、和10nm，与三个窄带滤光片的中心波长和带宽对应，三个紫外波段构成三组波长对。紫外全景成像仪的视场为360°×(70.7°～73.5°)，对应的地球临边高度范围为0～100km。三个紫外全景成像仪所采用紫外全景环形透镜、中继透镜组、CCD探测器和电子学系统均相同。紫外全景环形透镜的光学材料为熔石英，入射面是光焦度为正的球面，第一个和第二个反射面是光焦度为负的球面，曲率半径R1和R2分别为-18.21mm和-55mm，出射面为平面。中继透镜组由6片熔石英透镜组成。紫外全景环形透镜、中继透镜组、窄带滤光片和CCD探测器的中心轴在同一直线上。三个紫外全景成像仪的光轴相互平行，指向地球中心。紫外全景环形透镜与窄带滤光片之间的距离d1为69mm，窄带滤光片与CCD探测器之间的距离d2为10mm。3个紫外波段同时获取360°全方位地球临边大气的图像，通过对获取的环形图像的数据处理，可以反演处大气痕量气体随临边高度和方位的分布信息，为污染监测、天气预报和气候研究等服务。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，结合实施例对本发明进一步说明，应当理解，上述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
Claims (9)
1.一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征是，该系统包括三个紫外全景成像仪，每个紫外全景成像仪由紫外全景环形透镜（1）、中继透镜组（2）、窄带滤光片（3）、CCD探测器（4）和电子学系统（5）组成；地球临边大气辅射光经过紫外全景环形透镜（1）成一虚像，中继透镜组（2）将紫外全景环形透镜（1）所成的虚像放大后成像到CCD探测器（4）上，所述窄带滤光片（3）设置在中继透镜组（2）与CCD探测器（4）之间，通过窄带滤光片（3）选择探测的紫外波段，电子学系统驱动CCD探测器（4），并对CCD探测器（4）上所获得紫外环形图像进行采集和处理。
2.根据权利要求1所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征在于，根据三个紫外全景成像仪的工作波段，选择对应窄带滤光片（3）的透射波段；所述紫外全景成像仪中的紫外全景环形透镜（1）与窄带滤光片（3）之间的距离d1的取值为：65mm≤d1≤75mm。
3.根据权利要求1所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征在于，所述的窄带滤光片（3）的带宽Δλ满足：10nm≤Δλ≤30nm。
4.根据权利要求1所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征在于，所述的窄带滤光片（3）与CCD探测器之间的距离d2的范围是为8mm≤d2≤15mm。
5.根据权利要求1所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征在于，所述紫外全景环形透镜（1）包括入射面（a）、出射面（d）、第一反射面（b）和第二反射面（c）；入射面（a）是光焦度为正的球面，第一反射面（b）和第二反射面（c）是光焦度为负的球面，所述的出射面为平面。
6.根据权利要求1或5所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征在于，所述紫外全景环形透镜（1）的第二反射面的曲率半径R2与第一反射面的曲率半径R1满足：2.8R1≤R2≤3.2R1。
7.根据权利要求1或5所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征在于，所述紫外全景环形透镜（1）采用的光学材料为熔石英。
8.根据权利要求1所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征在于，所述的中继透镜组（2）包含透镜的个数为N，所述N的范围是：5≤N≤8。
9.根据权利要求1所述的一种三波段小型紫外全景临边成像仪系统，其特征在于，所述的三个紫外全景成像仪的光轴相互平行；每个紫外全景成像仪中的紫外全景环形透镜（1）、中继透镜组（2）、窄带滤光片（3）和CCD探测器（4）的中心轴在同一直线上。
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Citations (3)
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| US4566763A (en) * | 1983-02-08 | 1986-01-28 | Budapesti Muszaki Egyetem | Panoramic imaging block for three-dimensional space |
| CN102135632A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-07-27 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 利用全向成像系统同时探测地球临边和星下点大气的方法 |
| CN102175605A (zh) * | 2010-12-30 | 2011-09-07 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种滤光片式双波段小型紫外全向成像仪系统 |
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2013
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Patent Citations (3)
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