CN103792010B - 适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统 - Google Patents

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适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统，属于望远镜红外成像探测技术领域，为了解决现有地基望远镜不具有获得目标真实温度特性的功能问题，本发明包括望远镜以及多波段长波红外成像终端系统，该多波段长波红外成像终端系统具有红外真空低温杜瓦，红外真空低温杜瓦中定标切换反射镜、低温黑体、中继反射镜组、分色镜、甚长波红外探测器滤光轮、甚长波红外探测器、长波红外探测器滤光轮和长波红外探测器设置在冷平台上，望远镜出射的光入射到中继反射镜组，光经过中继反射镜组反射到分色镜上，经过分色镜透射的光经甚长波红外探测器滤光轮后被甚长波红外探测器接收，光经长波红外探测器滤光轮后被长波红外探测器接收。

Description

适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统
技术领域
本发明涉及一种望远镜长波红外成像系统，特别是适合于地球阴影区内目标的观测及测温，属于地基望远镜红外成像探测技术领域。
背景技术
地影区目标因不受太阳光照射，温度普遍较低，峰值辐射波长集中在长波红外附近。地基望远镜对地影区目标的红外测温精度受大气透过率、目标发射率以及地球热辐射等不确知参量的估算所影响。现有望远镜红外单波段成像测温只能得到目标的等效辐射温度，红外双波段成像测温的比色测温精度受目标假设为灰体等条件制约，可见，现有地基望远镜不具有获得目标真实温度特性的功能。
发明内容
为了解决地影区目标观测时红外测温精度受大气透过率、目标发射率和地球热辐射等参量的影响，导致现有地基望远镜不具有获得目标真实温度特性的功能问题，本发明提供一种特别适合于地影区目标观测及测温的红外成像系统。
本发明的技术方案是：
适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统，该成像系统包括望远镜主镜、望远镜次镜和望远镜三镜，其特征是，还包括多波段长波红外成像终端系统，
该多波段长波红外成像终端系统具有红外真空低温杜瓦，在红外真空低温杜瓦的壁上设置红外真空杜瓦窗口；
冷平台热辐射隔离层设置在红外真空低温杜瓦内，且对冷光学环境起到热辐射隔离作用；冷平台热辐射隔离层内部具有冷平台；
定标切换反射镜、低温黑体、中继反射镜组、分色镜、甚长波红外探测器滤光轮、甚长波红外探测器、长波红外探测器滤光轮和长波红外探测器设置在冷平台上；
测量时，光入射到望远镜主镜后光反射到望远镜次镜，光经望远镜次镜反射到望远镜三镜，光再经望远镜三镜反射后从红外真空杜瓦窗口进入到红外真空低温杜瓦中，光经过冷平台热辐射隔离层的入射孔入射到中继反射镜组，光经过中继反射镜组反射到分色镜上，经过分色镜透射的光经甚长波红外探测器滤光轮后被甚长波红外探测器接收，经过分色镜反射的光经长波红外探测器滤光轮后被长波红外探测器接收；
定标时，低温黑体发出的光被定标切换反射镜接收后反射，反射光入射到中继反射镜组，光经过中继反射镜组反射到分色镜上，经过分色镜透射的光经甚长波红外探测器滤光轮后被甚长波红外探测器接收，经过分色镜反射的光经长波红外探测器滤光轮后被长波红外探测器接收。
所述中继反射镜组为反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ和反射镜Ⅲ组成的离轴三反系统，光依次经过反射镜Ⅰ、反射镜Ⅱ和反射镜Ⅲ进行反射，最终入射到分色镜上。
本发明的有益效果：
1、望远镜长波红外成像系统采用冷光学技术，降低望远镜红外成像终端光学系统自身热辐射，提高系统对地影区内低温目标的探测能力；
2、望远镜长波红外成像系统采用高性能制冷型双面阵长波红外探测器，满足地影区内低温目标的观测需求；
3、望远镜长波红外成像系统具有多波段长波红外协同获取目标图像能力，满足地影区内目标的多波段温度反演算法需求；
4、望远镜长波红外成像终端系统真空低温杜瓦中设置有低温黑体，满足系统对低温点高精度定标的需求，并设置有定标切换反射镜，定标周期短，满足红外探测器的准实时定标需求。
附图说明
图1为本发明适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统示意图。
图2为本发明所述多波段长波红外成像终端系统结构示意图。
图中：1、望远镜主镜，2、望远镜次镜，3、望远镜三镜，4、多波段长波红外成像终端系统，5、红外真空低温杜瓦窗口，6、定标切换反射镜，7、冷平台，8、低温黑体，9、黑体热隔离罩，10、反射镜Ⅰ，11、反射镜Ⅱ，12、反射镜Ⅲ，13、分色镜，14、甚长波红外探测器滤光轮，15、甚长波红外探测器，16、长波红外探测器滤光轮，17、长波红外探测器，18、冷平台热辐射隔离层，19、红外真空低温杜瓦。
具体实施方式
如图1所示，本发明望远镜主要由望远镜主镜1、望远镜次镜2和望远镜三镜3和多波段长波红外成像终端系统4组成。
如图2所示，多波段长波红外成像终端系统4主要由定标切换反射镜6、冷平台7、低温黑体8、中继反射镜组即反射镜Ⅰ10、反射镜Ⅱ11和反射镜Ⅲ12组成的离轴三反系统、甚长波红外探测器滤光轮14、甚长波红外探测器15、长波红外探测器滤光轮16、长波红外探测器17、冷平台热辐射隔离层18及红外真空低温杜瓦19组成。
红外真空低温杜瓦19外壁上具有红外真空低温杜瓦窗口5。
所述低温黑体8外部设置低温黑体隔离罩9，对低温黑体8的热辐射起到隔离作用。
红外真空低温杜瓦19为甚长波红外探测器15、长波红外探测器17、中继反射镜Ⅰ10、反射镜Ⅱ11和反射镜Ⅲ12、分色镜13、甚长波红外探测器滤光轮14、长波红外探测器滤光轮16和低温黑体8提供低温冷环境。
甚长波红外探测器15的波段响应范围大于10μm，长波红外探测器17的波段响应范围在8～10μm之间。
甚长波红外探测器15、长波红外探测器17、中继反射镜Ⅰ10、反射镜Ⅱ11和反射镜Ⅲ12、分色镜13及甚长波红外探测器滤光轮14、长波红外探测器滤光轮16、低温黑体8固定在冷平台7上，冷平台7与制冷机相连，冷平台7间接为其上元器件提供制冷。中继反射镜Ⅰ10、反射镜Ⅱ11和反射镜Ⅲ12、分色镜13及甚长波红外探测器滤光轮14、长波红外探测器滤光轮16制冷温度小于80K，长波红外探测器17制冷温度控制在77K附近，甚长波红外探测器15制冷温度控制在60K附近，黑体温度可控制在180～300K之间。
冷平台热辐射隔离层18设置在红外真空低温杜瓦19内，用于减弱红外真空低温杜瓦19外壁对放置冷平台7上元器件的热辐射。冷平台热辐射隔离层18具有入射孔，可以使光线入射。
工作时，目标红外辐射信号经过望远镜主镜1、望远镜次镜2和望远镜三镜3进入多波段长波红外成像终端系统4，由多波段长波红外成像终端系统4中的红外真空低温杜瓦窗口5进入红外真空低温杜瓦19，定标光路切换反射镜6移出定标光路，目标红外辐射信号经中继反射镜Ⅰ10、反射镜Ⅱ11和反射镜Ⅲ12，再由分色镜13分成长波及甚长波双色通道，分别成像在甚长波红外探测器15和长波红外探测器17上。同时低温甚长波红外探测器滤光轮14和长波红外探测器滤光轮16能够快速切换到不同的成像子波段，快速获取目标的多波段长波红外图像，事后基于长波红外多波段温度算法进行目标温度的反演。
定标时，定标光路切换反射镜6移进定标光路，低温黑体8发出的光被定标切换反射镜6接收后反射，反射光入射到中继反射镜组反射镜Ⅰ10、反射镜Ⅱ11和反射镜Ⅲ12，光经过中继反射镜组反射到分色镜13上，经过分色镜13透射的光经甚长波红外探测器滤光轮14后被甚长波红外探测器15接收，经过分色镜13反射的光经长波红外探测器滤光轮16后被长波红外探测器17接收。从而实现双波段红外辐射定标。

Claims (3)

1.适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统，该成像系统包括望远镜主镜(1)、望远镜次镜(2)和望远镜三镜(3)，其特征是，还包括多波段长波红外成像终端系统(4)，
该多波段长波红外成像终端系统(4)具有红外真空低温杜瓦(19)，在红外真空低温杜瓦(19)的壁上设置红外真空杜瓦窗口(5)；
冷平台热辐射隔离层(18)设置在红外真空低温杜瓦(19)内，且对冷光学环境起到热辐射隔离作用；冷平台热辐射隔离层(18)内部具有冷平台(7)；
定标光路切换反射镜(6)、低温黑体(8)、中继反射镜组、分色镜(13)、甚长波红外探测器滤光轮(14)、甚长波红外探测器(15)、长波红外探测器滤光轮(16)和长波红外探测器(17)设置在冷平台(7)上；
测量时，光入射到望远镜主镜(1)后光反射到望远镜次镜(2)，光经望远镜次镜(2)反射到望远镜三镜(3)，光再经望远镜三镜(3)反射后从红外真空杜瓦窗口(5)进入到红外真空低温杜瓦(19)中，光经过冷平台热辐射隔离层(18)入射到中继反射镜组，光经过中继反射镜组反射到分色镜(13)上，经过分色镜(13)透射的光经甚长波红外探测器滤光轮(14)后被甚长波红外探测器(15)接收，经过分色镜(13)反射的光经长波红外探测器滤光轮(16)后被长波红外探测器(17)接收；
定标时，定标光路切换反射镜(6)移进定标光路，低温黑体(8)发出的光被定标切换反射镜(6)接收后反射，反射光入射到中继反射镜组，光经过中继反射镜组反射到分色镜(13)上，经过分色镜(13)透射的光经甚长波红外探测器滤光轮(14)后被甚长波红外探测器(15)接收，经过分色镜(13)反射的光经长波红外探测器滤光轮(16)后被长波红外探测器(17)接收。
2.根据权利要求1所述的适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统，其特征在于，所述低温黑体(8)外部设置低温黑体隔离罩(9)，对低温黑体(8)的热辐射起到隔离作用。
3.根据权利要求1所述的适合于地影区目标观测及测温的望远镜长波红外成像系统，其特征在于，所述中继反射镜组为反射镜Ⅰ(10)、反射镜Ⅱ(11)和反射镜Ⅲ(12)组成的离轴三反系统，光依次经过反射镜Ⅰ(10)、反射镜Ⅱ(11)和反射镜Ⅲ(12)进行反射，最终入射到分色镜(13)上。
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