CN103278236B - 一种大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置，包括：积分球系统和外接反射系统；所述积分球系统包括积分球壳体及相关附属设备；所述外接反射系统包括万向反射镜及支撑结构；所述的万向反射镜可以将积分球朗伯特性好的方向的辐射反射进入大视场光学遥感仪器的有效视场；所述支撑结构能使所述万向反射镜维持特定状态。本发明通过引入外接反射系统，将积分球朗伯特性较好方向的辐射反射进入待定标设备的有效视场，进而完成辐亮度定标。本发明极大地拓展了积分球亮度源的应用范围，尤其适用于大视场光学遥感仪器模拟实际工作状态下的辐亮度定标及性能检测。
Description
技术领域
本发明属于光学辐射定标技术领域，具体涉及一种利用拓展积分球进行辐亮度定标的，大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置。
背景技术
积分球作为一种近似的朗伯光源，其开口面积大且均匀性好，因此常被用于模拟地球临边大气层的辐射。20世纪80年代末，积分球开始成为一种遥感仪器辐射定标的辐射源，90年代中期，随着积分球辐射源开口辐亮度传递方法的建立以及辐射定标精度的提高，遥感仪器辐亮度定标越来越依赖于积分球。
然而，受制于其开口均匀性以及朗伯特性的影响，积分球一般只适用于标定视场角在其朗伯特性范围内(±30°)的仪器，且定标距离严格受到积分球开口均匀性的限制。
对于大视场光学遥感仪器的辐射定标，一种方法是先将其视场分割成相互交叠的小视场，分别对其进行高精度辐射定标后再整合得到全视场的辐射定标数据，其缺点是辐射定标不能与仪器的实际使用状态一致；另一种方法是采用半积分球辐射定标法，但其结构决定该方法容易受到外界杂散光的影响，此外，由于其能量利用率远不及常规积分球，因此半积分球法在紫外波段应用范围很窄。
发明内容
本发明要解决现有技术中的定标装置无法精确地对大视场光学遥感仪器辐亮度进行定标的技术问题，提供一种利用拓展积分球进行定标的，大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置，包括：积分球系统和外接反射系统；
所述积分球系统包括积分球壳体及相关附属设备；
所述外接反射系统包括万向反射镜及支撑结构；所述的万向反射镜可以将积分球朗伯特性好的方向的辐射反射进入大视场光学遥感仪器的有效视场；所述支撑结构能使所述万向反射镜维持特定状态。
在上述技术方案中，所述的万向反射镜的反射面与积分球开口法线的夹角、反射面的大小及布局均依据大视场光学遥感仪器的视场角大小和定标距离决定。
在上述技术方案中，该定标装置可以以外接反射系统与积分球系统为辐射源，通过光谱辐亮度传递得到标准的光谱辐亮度，再对大视场光学遥感仪器进行辐射定标。
在上述技术方案中，该定标装置可以以外接反射系统与大视场光学遥感仪器为待定标设备，通过常规的积分球系统对其进行高精度辐射定标，并用光谱反射率测试装置单独检测外接反射系统的光谱反射率，从而在辐射定标中去除外接反射系统引入的能量变化。
在上述技术方案中，所述积分球系统的相关附属设备包括：氙灯系统、卤钨灯光源及其供电电源、硅探测器以及静电计。
本发明具有以下的有益效果：
本发明的大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置，通过外接一套反射系统，可将积分球一定方向的辐射折转某一角度，由于平面反射不产生任何像差，也不会改变光束口径，因而对于待定标的大视场光学遥感仪器，依据其视场角大小调节合适的万向镜反射方向，将积分球朗伯特性较好方向的辐射反射进入待定标设备的有效视场，进而完成辐亮度定标，这种方式将积分球亮度源应用范围进行了极大地拓展，尤其适用于大视场光学遥感仪器模拟实际工作状态下的全视场辐亮度定标及性能检测。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是拓展积分球应用范围的辐亮度定标装置的结构示意图；
图2是外接万向反射系统调校的截面结构示意图；
图3是对拓展积分球构成的新辐射源进行均匀性测试及辐射标准传递的结构示意图；
图4是用光谱反射率测试装置单独检测外接反射系统的光谱反射率的示意图。
图中的附图标记表示为：
1-积分球；2-氙灯系统；3-卤钨灯光源；4-供电电源；5-硅探测器；6-静电计；7、14-支撑结构；9-待定标设备；8、10-万向反射镜；11～13-方向；15-绝对光谱辐射计；16-光谱反射率测试装置；17-单色仪单元；18-探测器单元；19-外接反射系统。
具体实施方式
本发明的发明思想为：本发明的大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置，提出一种拓展积分球应用范围的装置，尤其适用于对大视场光学遥感仪器进行高精度的辐亮度定标。
一种拓展利用积分球进行大视场光学遥感仪器辐亮度定标的装置，由常规的积分球系统及外接反射系统构成。外接反射系统包括一套可伸缩式的万向反射镜及支撑结构，万向反射镜反射面与积分球开口法线的夹角、反射面的大小及布局均依据待标定仪器的视场角大小和定标距离决定。通过引入外接反射系统，将积分球朗伯特性较好方向的辐射反射进入待定标设备的有效视场，进而完成辐亮度定标。该装置极大地拓展了积分球亮度源的应用范围，尤其适用于大视场光学遥感仪器模拟实际工作状态下的辐亮度定标及性能检测。
所述常规的积分球系统主要包括积分球壳体、光源系统及监测系统，光源系统包括用于紫外/可见波段标定的氙灯、用于可见/近红外波段标定的卤钨灯、可调节狭缝单元以及供电系统四部分，通过调节狭缝大小，可控制光源系统输入积分球内部的辐通量，检测系统由一个硅探测器及与之相连的静电计构成，主要是监测积分球内部辐通量的变化。
所述的外接反射系统主要包括一套可伸缩式的万向反射镜及支撑结构，万向反射镜反射面与积分球开口法线的夹角、反射面的大小及布局均依据待标定仪器的视场角大小和定标距离决定，支撑结构则能保证万向反射镜维持特定状态不变化。
外接反射系统引入积分球系统对仪器进行辐亮度定标，可采用两种方式处理其带来的变化。第一是将外接反射系统与积分球系统看做新的辐射源，通过光谱辐亮度传递赋予其标准的光谱辐亮度，再对遥感仪器进行辐射定标；第二是将外接反射系统与待定标设备看做新的待定标设备，通过常规积分球系统对其进行高精度辐射定标，并用光谱反射率测试装置单独检测外接反射系统的光谱反射率，从而在辐射定标中去除外接反射系统引入的能量变化。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述：
如图1所示，本发明的大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置包括：大口径均匀积分球1、积分球系统相关附属设备（氙灯系统2、卤钨灯光源3及其供电电源4、硅探测器5以及静电计6）、外接反射单元的支撑结构7、以及万向反射镜8。待定标设备9为140°～146°大视场光学遥感仪器。
万向反射镜8将积分球1沿光轴方向出射的均匀辐射折转一个角度进入待定标设备9的视场之内，其反射面与底边的夹角θ直接依赖待定标设备9的视场角2ω，万向反射镜8反射面的大小则需由定标距离及待定标设备9的视场角共同决定。
图2中，万向反射系统主要包括万向反射镜10及支撑结构14，其中，万向反射镜10是一个设置在支撑结构14下表面的，角度可以控制的，可以将积分球1内的±30°角度内的辐射折转到满足系统定标的方向的一块环带形的反射镜或者组合在一起的多块平面反射镜。万向反射镜10可依据待定标遥感仪器的视场角及定标距离分别沿方向11或方向12水平变化，也能沿方向13旋转角度。
图3中，将外接反射系统与积分球系统看做新的辐射源，通过绝对光谱辐射计15对其进行光谱辐亮度标准传递，同时可对其输出均匀性进行测试记录，用以修正后续辐亮度定标过程中产生的偏差。
图4中，将外接反射系统19置于光谱反射率测试装置16中心，通过控制单色仪单元17及探测器单元18在光谱反射率测试装置16上的位置，精确地测出外接反射系统19随入射角和出射角变化的光谱反射率曲线，从而修正后续辐亮度定标中反射系统引入的能量影响。
本发明的大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置，通过外接一套反射系统，可将积分球一定方向的辐射折转某一角度，由于平面反射不产生任何像差，也不会改变光束口径，因而对于待定标具有超大视场的遥感仪器，依据其视场角大小调节合适的万向镜反射方向，将积分球朗伯特性较好方向的辐射反射进入待定标设备的有效视场，进而完成辐亮度定标，这种方式将积分球亮度源应用范围进行了极大地拓展，尤其适用于大视场光学遥感仪器模拟实际工作状态下的全视场辐亮度定标及性能检测。
实施例
本课题组研制的紫外临边成像仪，其临边方向视场角为140°～146°，且能同时对临边12个方位的大气辐射进行探测，中心波长310nm，光谱分辨率优于6nm。
为了对其进行辐亮度响应度定标，传统的积分球方式会受到能量、开口面积、定标距离以及朗伯特性的相互制约，无法模拟在轨工作模式下的真实状态。
为了在现有积分球大小条件下完成定标任务，在积分球开口外接一个12块万向反射镜，各反射镜与底边的夹角均依据紫外临边成像仪视场角范围确定为54.25°，从而将积分球沿光轴方向的辐射折转进入紫外临边成像仪的临边视场。为保证紫外波段信噪比，反射镜反射面蒸镀310nm处高反膜层，在310nm±3nm内光谱反射率优于97%。
将外接反射系统与积分球系统看做新的辐射源，通过绝对辐射计对其输出光谱辐亮度进行标定，再对紫外临边成像仪进行辐亮度定标；同时，采用过渡并修正外接反射系统光谱反射率的方法，也能得到紫外临边成像仪辐亮度定标数据，两种方法可实现相互验证。
本发明未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种大视场光学遥感仪器辐亮度定标装置，其特征在于，包括：积分球系统和外接反射系统；
所述积分球系统包括积分球壳体及相关附属设备，所述相关附属设备包括：氙灯系统、卤钨灯光源及其供电电源、硅探测器以及静电计；
所述外接反射系统包括万向反射镜及支撑结构；所述的万向反射镜可以将积分球朗伯特性好的方向的辐射反射进入大视场光学遥感仪器的有效视场；所述支撑结构能使所述万向反射镜维持能够将积分球朗伯特性较好方向的辐射反射进入待定标设备的有效视场的特定状态。
2.根据权利要求1所述的定标装置，其特征在于，
所述的万向反射镜的反射面与积分球开口法线的夹角、反射面的大小及布局均依据大视场光学遥感仪器的视场角大小和定标距离决定。
3.根据权利要求1所述的定标装置，其特征在于，其可以以外接反射系统与积分球系统为辐射源，通过光谱辐亮度传递得到标准的光谱辐亮度，再对大视场光学遥感仪器进行辐射定标。
4.根据权利要求1所述的定标装置，其特征在于，其可以以外接反射系统与大视场光学遥感仪器为待定标设备，通过常规的积分球系统对其进行高精度辐射定标，并用光谱反射率测试装置单独检测外接反射系统的光谱反射率，从而在辐射定标中去除外接反射系统引入的能量变化。
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