CN103308166A - 一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪，包括相互平行的三个光学通道；每个光学通道由上至下依次包括：六棱锥反射镜、光学透镜组、CCD探测器、机械系统及电子学器件；所述六棱锥反射镜和所述光学透镜组的光轴平行；成像时，光线经过六棱锥反射镜的反射后，通过光学透镜组成像到CCD探测器，经过电子学器件时序和信号逻辑控制，获得地外大气光谱辐射和地表亮度值。本发明的多方位多波段大气遥感的紫外成像仪既能用于大气遥感探测功能，又可以实现多方位和多波段的同时高度大气变化探测。

Description

一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪

技术领域

本发明涉及大气遥感空间光学探测仪器领域，特别涉及一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪。

背景技术

大气层既是地球气候与环境的主要载体和活动舞台，又是空间天气与环境的重要组成部分。对它的全球统一遥感从而发现和理解其中的整体行为和相互作用，一直是地球和空间科学界共同的追求目标。一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪可以对地球边缘和星下点大气层进行紫外光谱临边探测，该仪器包括紫外波段的三个大气特征光谱，分别为265nm、295nm和360nm。该仪器可获取高空间、时间覆盖和高垂直分辨率的图像和数据信息，反演全球整层大气密度、臭氧分布和气溶胶等微量成分的垂直结构及三维分布。尤其是环形临边探测，可以获得国际上从未实现的多段和多方位同时高空间大气变化探测。这种多方位、多时空观测模态将为中层大气遥感提供全新的能力，特别是通过反演大气成份（臭氧）分布与变化所进行的地球环境变化研究的示范应用，对深入理解中层大气基本过程将发挥更大作用。对中层大气/临近空间的高时空覆盖探测提供了国际上尚未实现的先进能力。

一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪通过空间在轨飞行试验，可以取得地球临边光谱数据，完成数据反演处理及相关大气物理科学研究，为地球大气环境探测和空间物理研究方面提供新的信息源和发展新的设备，同时可获得紫外背景辐射场，为目标识别与跟踪定位等应用提供基础。

传统紫外成像仪的功能是用来对卫星或飞船进行姿态控制，不能用来对大气组分进行探测。而传统的用于大气遥感紫外成像仪无法实现多方位和多波段的同时高度大气变化探测，为了实现多方位和多段的大气成分同时高度探测目的，需要多台紫外光学大气遥感仪器同时工作，这样既增加仪器的重量和体积，又给仪器中的电子学设计、热设计和软件设计带来及大不便，造成卫星上有效载荷资源的浪费。

发明内容

本发明要解决现有技术中的紫外成像仪无法既可以大气遥感探测，又可以多方位和多波段的同时高度大气变化探测的技术问题，提供一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪，包括相互平行的三个光学通道；每个光学通道由上至下依次包括：六棱锥反射镜、光学透镜组、CCD探测器、机械系统及电子学器件；所述六棱锥反射镜和所述光学透镜组的光轴平行；

成像时，光线经过六棱锥反射镜的反射后，通过光学透镜组成像到CCD探测器，经过电子学器件时序和信号逻辑控制，获得地外大气光谱辐射和地表亮度值。

上述技术方案中，三个所述光学通道的工作中心波长分别为265nm、295nm和360nm。

上述技术方案中，星下点中心10°视场角内的场景，分别通过三个光学通道的光学透镜组形成10°星下点大气和/或地面中心亮点像。

上述技术方案中，360°全方位地球临边场景，分别通过三个光学通道的六棱锥反射镜和光学透镜组成像在仪器像面CCD探测器的窗口上，形成6个方位的141.8°～146.6°地球临边像。

上述技术方案中，该紫外成像仪的环形视场角为138°～147.2°。

本发明具有以下的有益效果：

本发明在紫外大气遥感仪器中设置三个光学通道，三套光学系统的光轴平行。工作中心波长分别为265nm、295nm和360nm，中心视场角10°，环形视场角138°～147.2°，视场对应覆盖大气高度范围为-10km～130km。三套光学通道星下点10°视场角成像和360°全方位地球临边场景成像，在仪器像面CCD探测器窗口上，形成6个方位的141.8°～146.6°地球临边像（6个探测区域在360°环上均布）和1个10°星下点大气和（或）地面中心亮点像。形环视场强度变化反映了地球临边辐射亮度随高度变化，中心亮斑反映了星下点10°视角内大气辐射和（或）地面亮度分布。本发明的多方位多波段大气遥感的紫外成像仪既能用于大气遥感探测功能，又可以实现多方位和多波段的同时高度大气变化探测。

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是本发明一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪的工作方式示意图。

图2是本发明一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪中的三个光学通道的示意图。

图3是图2所示的三个光学通道中的一个的光路示意图。

图中的附图标记表示为：

1-六棱锥反射镜、2-光学透镜组、3-CCD探测器、4-机械系统、5-电子学器件。

具体实施方式

本发明的发明思想为：

本发明的多方位多波段大气遥感的紫外成像仪，目的是在一台紫外成像仪中既实现用于大气遥感探测功能，又能实现多方位和多波段的同时高度大气变化探测功能。利用在轨飞行，通过对265nm、295nm和360nm三个特征波长辐射亮度测试实现对空间大气多方位和多波段的探测。

本发明的多方位多波段大气遥感的紫外成像仪，设置有三个光学通道，工作中心波长分别为265nm、295nm和360nm。仪器为360°全方位滤光片型紫外临边成像仪，中心视场角10°，环形视场角138°～147.2°，仪器的视场对应覆盖大气高度范围为-10km～130km。三个光学通道的光轴指向地心，可以实现3个通道同时对同一个地球观测目标进行探测。

本发明三套光学系统星下点10°视场角内的场景通过光学透镜组直接成像，360°全方位地球临边场景经六棱锥反射镜和透镜组成像。在仪器像面CCD探测器窗口上，形成6个方位的141.8°～146.6°地球临边像（6个探测区域在360°环上均布）和1个10°星下点大气和（或）地面中心亮点像。形环视场强度变化反映了地球临边辐射亮度随高度变化，中心亮斑反映了星下点10°视角内大气辐射和（或）地面亮度分布。在轨运行期间间隔采样，数据下传，给出环形视场地球临边辐射亮度随高度变化及星下点大气和（或）地面辐射亮度分布变化。

下面结合附图对本发明做以详细说明。

如图1、图2和图3所示：本发明仪器由包括：六棱锥反射镜1、三套光学透镜组2、三套CCD探测器3、机械系统4及电子学器件5。

本发明通过设置三个光学通道，工作中心波长分别为265nm、295nm和360nm，三套光学通道的光轴相互平行。为了实现覆盖大气高度范围为-10km～130km，满足仪器中心视场角10°，环形视场角138°～147.2°的探测要求，仪器采用内反式前置光学元件，即六棱锥反射镜1，通过光学透镜组2成像到CCD探测器3，经过电子学器件5时序和信号逻辑控制，获得地外大气光谱辐射和地表亮度值。265nm、295nm和360nm三套光学系统星下点中心10°视场角内的场景通过球透镜组2直接成像，360°全方位地球临边场景经六棱锥反射镜1和光学透镜组2成像在仪器像面CCD探测器3窗口上。CCD探测器3在形成6个方位的141.8°～146.6°地球临边像（6个探测区域在360°环上均布）和1个10°星下点大气和（或）地面中心亮点像。形环视场强度变化反映了地球临边辐射亮度随高度变化，中心亮斑反映了星下点10°视角内大气辐射和（或）地面亮度分布。3套六棱锥反射镜1和光学透镜组2的光轴平行，这样可以实现多方位和多波段对地球同一探测目标进行同时等高度的大气辐射和地面亮度进行探测。

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 (5)

1.一种多方位多波段大气遥感的紫外成像仪，其特征在于，包括相互平行的三个光学通道；每个光学通道由上至下依次包括：六棱锥反射镜（1）、光学透镜组（2）、CCD探测器（3）、机械系统（4）及电子学器件（5）；所述六棱锥反射镜（1）和所述光学透镜组（2）的光轴平行；

成像时，光线经过六棱锥反射镜（1）的反射后，通过光学透镜组（2）成像到CCD探测器（3），经过电子学器件（5）时序和信号逻辑控制，获得地外大气光谱辐射和地表亮度值。

2.根据权利要求1所述的紫外成像仪，其特征在于，三个所述光学通道的工作中心波长分别为265nm、295nm和360nm。

3.根据权利要求2所述的紫外成像仪，其特征在于，

星下点中心10°视场角内的场景，分别通过三个光学通道的光学透镜组（2）形成10°星下点大气和/或地面中心亮点像。

4.根据权利要求2所述的紫外成像仪，其特征在于，

360°全方位地球临边场景，分别通过三个光学通道的六棱锥反射镜（1）和光学透镜组（2）成像在仪器像面CCD探测器（3）的窗口上，形成6个方位的141.8°～146.6°地球临边像。

5.根据权利要求1所述的紫外成像仪，其特征在于，该紫外成像仪的环形视场角为138°～147.2°。

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