CN106441582B - 一种可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学领域，尤其涉及一种可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统及方法。包括星上计算机和沿光路依次设置的空间调制光谱仪和焦面组件，所述焦面组件包括调焦机构和焦面电路盒，焦面电路盒内置光电探测器，所述调焦机构和光电探测器分别与星上计算机连接。本发明利用仪器在轨实时干涉图数据作为基础数据进行调焦控制，减少了星地传输环节及地面人员处理环节，本次调焦控制对应当前时刻仪器状态，减少了时间误差，控制精度高。
Description
技术领域
本发明属于光学领域，尤其涉及一种可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统及方法。
背景技术
光谱成像仪结构复杂，一般搭载平台是卫星、飞船以及空间站等空间飞行器，这些飞行器在发射过程以及在轨运行过程中，其外界环境会发生剧烈的变化，会受到诸如冲击、振动、变轨、压力变化、温度变化等环境因素影响，会使光谱成像仪的机械结构或光学系统某些部分参数发生改变，也会影响光谱成像仪的离焦导致干涉图质量下降，需要调焦机构在轨进行焦平面位置的调整及离焦量的补偿。
目前的星载光谱成像仪的地元分辨率较低，光学系统焦距较短，焦深较大，由于离焦导致干涉图质量下降问题并不明显，所以现在的星载光谱成像仪都没有设计调焦机构。但是随着航天遥感的发展，对光谱成像仪的地元分辨率要求越来越高，干涉光谱仪的调焦是必然要面对的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统及方法，用以解决了背景技术中星载光谱成像仪由于在轨环境变化引起的离焦等技术问题。
本发明的技术解决方案是：提供一种可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统，其特殊之处在于：包括星上计算机和沿光路依次设置的空间调制光谱仪和焦面组件，所述焦面组件包括调焦机构和焦面电路盒，焦面电路盒内置光电探测器，所述调焦机构和光电探测器分别与星上计算机连接。
所述调焦机构包括电机、传动副、导轨，电机通过传动副与所述焦面电路盒连接，焦面电路盒可在导轨上滑动。
所述传动副包括滚珠丝杠传动副和涡轮蜗杆传动副。
所述电机为步进电机。
本发明还提供一种如上述可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统所使用的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1]调焦机构初始化，将光电探测器调整到初始位置；
2]光电探测器采集干涉光谱数据并发送给星上计算机；
3]星上计算机通过实时采集的干涉光谱数据计算调制度，并判断其是否满足使用要求；
4]如调制度不满足使用要求时，计算在轨调焦所需调节量；
5]星上计算机将需要的调节量以控制指令形式发送至调焦机构；
6]调焦机构响应控制指令，由步进电机带动光电探测器进行空间位置调整；
7]调焦机构调整到位后发送反馈信号给星上计算机；
8]重复步骤2]～7]，直至调制度满足使用要求；
9]星上计算机记录实时干涉光谱数据。
本发明的有益效果是：
1.实时性：本发明利用仪器在轨实时干涉图数据作为基础数据进行调焦控制，减少了星地传输环节及地面人员处理环节，本次调焦控制对应当前时刻仪器状态；
2.自主性：本发明提供的调焦方法和装置利用星载计算机在轨完成，不需要人员参与；
3.灵活性：本发明提供的调焦方法可以每轨进行操作，每次调焦都对应了当前仪器状态，减少了时间误差，控制精度高；
4.准确性：本发明利用仪器在轨实时干涉图调制度作为基础数据进行控制，最真实的反映了干涉光谱成像仪的成像质量，有别于传统的航天相机。
附图说明
图1是本发明成像系统实施例的原理框图；
图2是本发明成像系统实施例焦面组件的结构示意图；
图3是本发明方法实施例的流程示意图。
图中，1-焦面电路盒、2-直线导轨、3-螺母、4-滚珠丝杠、5-角度编码器、6-涡轮、7-蜗杆、8-步进电机、9-联轴器。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图说明对本发明加以详细说明。
如图1～2所示，本发明提供一种可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统，包括星上计算机和沿光路依次设置的空间调制光谱仪和焦面组件，所述焦面组件包括调焦机构和焦面电路盒，焦面电路盒内置光电探测器，所述调焦机构和光电探测器分别与星上计算机连接。
所述调焦机构包括电机、传动副、导轨，电机通过传动副与所述焦面电路盒连接，焦面电路盒可在导轨上滑动。
所述传动副包括滚珠丝杠传动副和涡轮蜗杆传动副。
整个调焦机构由直线导轨、螺母、滚珠丝杠、角度编码器、涡轮、蜗杆、步进电机和联轴器组成。其中螺母和滚珠丝杠组成滚珠丝杠传动副，涡轮、蜗杆组成涡轮蜗杆传动副。
焦面电路盒安装在直线导轨上，可以沿到导轨做直线运动。螺母固定在焦面组件上。步进电机通过联轴器与蜗杆连接在一起。角度编码器通过联轴器和涡轮以及滚珠丝杠连接在一起。
实现过程：步进电机响应调焦指令做旋转运动，通过联轴器带动蜗杆转动，通过涡轮蜗杆传动副带动涡轮转动，通过联轴器带动滚珠丝杠转动，通过滚珠丝杠传动副带动焦面电路盒在直线导轨上做直线运动。角度编码器起到监视反馈作用。
如图3所示，本发明还提供一种基于上述可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统的方法，包括以下步骤：
1]调焦机构初始化，将光电探测器调整到初始位置；
2]光电探测器采集干涉光谱数据并发送给星上计算机；
3]星上计算机通过实时采集的干涉光谱数据计算调制度，并判断其是否满足使用要求；
4]如调制度不满足使用要求时，计算在轨调焦所需调节量；
5]星上计算机将需要的调节量以控制指令形式发送至调焦机构；
6]调焦机构响应控制指令，由步进电机带动光电探测器进行空间位置调整；
7]调焦机构调整到位后发送反馈信号给星上计算机；
8]重复步骤2]～7]，直至调制度满足使用要求；
9]星上计算机记录实时干涉光谱数据。
Claims (1)
1.一种可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统所使用的方法，所述可在轨调焦的空间调制干涉光谱成像系统包括星上计算机和沿光路依次设置的空间调制光谱仪和焦面组件，所述焦面组件包括调焦机构和焦面电路盒，焦面电路盒内置光电探测器，所述调焦机构和光电探测器分别与星上计算机连接；所述调焦机构包括电机、传动副、导轨，电机通过传动副与所述焦面电路盒连接，焦面电路盒可在导轨上滑动；所述传动副包括滚珠丝杠传动副和涡轮蜗杆传动副；所述电机为步进电机；其特征在于：包括以下步骤：
1]调焦机构初始化，将光电探测器调整到初始位置；
2]光电探测器采集干涉光谱数据并发送给星上计算机；
3]星上计算机通过实时采集的干涉光谱数据计算调制度，并判断其是否满足使用要求；
4]如调制度不满足使用要求时，计算在轨调焦所需调节量；
5]星上计算机将需要的调节量以控制指令形式发送至调焦机构；
6]调焦机构响应控制指令，由步进电机带动光电探测器进行空间位置调整；
7]调焦机构调整到位后发送反馈信号给星上计算机；
8]重复步骤2]～7]，直至调制度满足使用要求；
9]星上计算机记录实时干涉光谱数据。
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| 轻型空间相机调焦机构的优化设计与精度试验;贾学志等;《光学精密工程》;20110831;第19卷(第8期);第1823-1830页 * |
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