CN106546339A - 一种大视场极光成像仪以及大视场宽幅成像探测方法 - Google Patents

一种大视场极光成像仪以及大视场宽幅成像探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大视场极光成像仪，包括固定支架以及两个子镜头，其中，两个子镜头设置于固定支架上，两个子镜头均为离轴反射型光学广角镜头，包括沿光线传递方向依次设置的四个反光镜以及曲面光子计数探测器，四个反射镜上均设置有带通滤光镀膜，且两个子镜头共同形成一不小于120°的拼接视场；通过采用离轴四反射镜+曲面光子计数探测器的光学设计结构，使单个子镜头的视场最大化，其视场最大能够达到72°，通过将两个子镜头的视场拼接，使其形成一个不小于120°的拼接视场，从而使大视场极光成像仪在安装到中低轨道卫星上时也能够实现目标全覆盖，同时也保持了较高的分辨率。本发明还公开了一种大视场宽幅成像探测方法。

Description

一种大视场极光成像仪以及大视场宽幅成像探测方法
技术领域
本发明涉及远紫外波段空间成像探测技术领域，特别涉及一种大视场极光成像仪以及大视场宽幅成像探测方法。
背景技术
地球近地空间环境包括磁层、等离子体层、电离层、热层及高层大气层等，它们不仅保护地球免受各种宇宙射线、空间高能粒子等侵扰，也是人类活动的主要场所，与人类的生存与生活有着密切的关系，因此，对地球空间环境成像探测十分重要。地球近地空间环境在太阳照射下会散射或激发出远紫外辐射，通过对其远紫外辐射成像可以有效地了解地球近地空间环境的分布与变化。由于地球近地空间环境空间尺度巨大，横跨数个地球半径，采用高轨卫星可以以较小视场实现目标全覆盖，但是空间分辨率不够。
因此，如何提供一种大视场成像仪，使其在保证保持较高分辨率同时具备大视场(大于120°)的性能，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种大视场极光成像仪以及大视场宽幅成像探测方法，以达到使其在保证保持较高分辨率同时具备大视场(大于120°)的性能的目的。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案：
一种大视场极光成像仪，包括：
固定支架；
设置于所述固定支架上的两个子镜头，两个所述子镜头均为离轴反射型光学广角镜头，包括沿光线传递方向依次设置的第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第四反光镜以及曲面光子计数探测器，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述第四反射镜上均设置有带通滤光镀膜，且两个所述子镜头共同形成一不小于120°的拼接视场。
优选地，两个所述子镜头通过转轴可转动地设置在所述固定支架上，两个所述子镜头在所述转轴的轴向上拼接成不小于120°的拼接视场。
优选地，所述转轴通过传动结构与扫描电机传动连接，所述扫描电机通过所述传动结构驱动所述转轴正转或者反转，用于在垂直于所述转轴的方向上形成不小于120°的视场。
优选地，所述子镜头的视场为72°×12°，角分辨率优于0.2°。
优选地，两个所述子镜头的拼接区域交互角为9°，拼接视场135°×12°。
优选地，所述扫描电机的扫描角度为135°，扫描速率为1°/s。
优选地，所述传动结构包括连接在所述扫描电机输出端的蜗杆以及设置在所述转轴上并与所述蜗杆配合的涡轮。
优选地，所述带通滤光镀膜为Al/MgF2非周期多层膜。
优选地，两个所述子镜头上均设置有遮光罩。
一种大视场宽幅成像探测方法，包括步骤：
采用如上所述的大视场极光成像仪进行扫描成像，并根据所述扫描电机的扫描速率以及所述子镜头的角分辨率，确定单次曝光时间，使得曝光期间产生像移小于0.5个分辨单元；
每幅单次曝光图像根据与首幅单次曝光图像扫描角度差，计算得到像移补偿量，并进行图像像移补偿叠加。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的大视场极光成像仪，包括固定支架以及两个子镜头，其中，固定支架用于将大视场极光成像仪固定在卫星上；两个子镜头设置于固定支架上，两个子镜头均为离轴反射型光学广角镜头，包括沿光线传递方向依次设置的第一反光镜、第二反光镜、第三反光镜、第四反光镜以及曲面光子计数探测器，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及第四反射镜上均设置有带通滤光镀膜，且两个子镜头共同形成一不小于120°的拼接视场；
上述大视场极光成像仪采用离轴四反射镜+曲面光子计数探测器的光学设计结构，从而使单个子镜头的视场最大化，其视场最大能够达到72°，通过将两个子镜头的视场进行拼接，能够使其形成一个不小于120°的拼接视场，从而使大视场极光成像仪在安装到中低轨道卫星上时也能够实现目标全覆盖，同时也保持了较高的分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的大视场极光成像仪的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的大视场极光成像仪中子镜头的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种大视场极光成像仪以及大视场宽幅成像探测方法，以达到使其在保证保持较高分辨率同时具备大视场(大于120°)的性能的目的。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，图1为本发明实施例提供的大视场极光成像仪的结构示意图，图2为本发明实施例提供的大视场极光成像仪中子镜头的结构示意图。
本发明实施例提供的大视场极光成像仪，包括固定支架1以及两个子镜头2。
其中，固定支架1用于将大视场极光成像仪固定在卫星上；两个子镜头2设置于固定支架1上，两个子镜头2均为离轴反射型光学广角镜头，包括沿光线传递方向依次设置的第一反光镜201、第二反光镜202、第三反光镜203、第四反光镜204以及曲面光子计数探测器205，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及第四反射镜上均设置有带通滤光镀膜，且两个子镜头2共同形成一不小于120°的拼接视场。
与现有技术相比，本发明提供的大视场极光成像仪，采用离轴四反射镜+曲面光子计数探测器205的光学设计结构，从而使单个子镜头2的视场最大化，其视场最大能够达到72°，通过将两个子镜头2的视场进行拼接，能够使其形成一个不小于120°的拼接视场，从而使大视场极光成像仪在安装到中低轨道卫星上时也能够实现目标全覆盖，同时也保持了较高的分辨率。
为了进一步提高视场范围，提高覆盖范围，在本发明实施例中，两个子镜头2通过转轴3可转动地设置在固定支架1上，两个子镜头2在转轴3的轴向上拼接成不小于120°的拼接视场，这样，两个子镜头2不仅能够在转轴3的轴向上拼接形成大于120°的视场，通过控制转轴3的转动角度，在垂直于转轴3的方向上也能够扩大视场范围。
进一步优化上述技术方案，在本发明实施例中，转轴3通过传动结构与扫描电机4传动连接，扫描电机4通过传动结构驱动转轴3正转或者反转，用于在垂直于转轴3的方向上形成不小于120°的视场。
在本发明提供的优选实施例中，子镜头2的视场为72°×12°，角分辨率优于0.2°，两个子镜头2的拼接区域交互角为9°，拼接视场135°×12°，扫描电机4的扫描角度为135°，扫描速率为1°/s。
传动结构可以根据扫描电机4的安装位置进行调整，在本发明实施例中，如图1中所示，扫描电机4安装于转轴3的一侧，因此，传动结构包括连接在扫描电机4输出端的蜗杆以及设置在转轴3上并与蜗杆配合的涡轮。
带通滤光镀膜的作用在于滤去工作波长以外的杂光，从而满足远紫外成像要求，在本发明实施例中，带通滤光镀膜为Al/MgF2非周期多层膜，上述的Al/MgF2非周期多层膜的工作波段为140nm～180nm，四片反射镜滤光效果叠加后带外杂光抑制效果极佳，尤其是对辐射强度较大的长波的抑制效果优于10-6。
进一步优化上述技术方案，在本发明实施例中，两个子镜头2上均设置有遮光罩206，通过设置遮光罩206能够遮挡视场外光线，避免杂光干扰成像，改善成像性能。
由于上述的大视场极光成像仪在使用过程中会随卫星快速移动，且由于转轴3的转动会存在俯仰角，因此，会存在像移的问题，为了解决像移问题，本发明实施例还提供了一种大视场宽幅成像探测方法，包括步骤：
S1：采用如上所述的大视场极光成像仪进行扫描成像，并根据扫描电机4的扫描速率以及子镜头2的角分辨率，确定单次曝光时间，使得曝光期间产生像移小于0.5个分辨单元；
S2：每幅单次曝光图像根据与首幅单次曝光图像扫描角度差，计算得到像移补偿量，并进行图像像移补偿叠加。
从上述的方法中可以看出，在使用时，大视场极光成像仪每扫描0.5个分辨单元曝光一次，扫描过程中连续多次短时曝光，由于每次曝光时间较短，在曝光过程中的像移量可忽略不计，只需将每次完整扫描得到的图像按照每次短时曝光的像移量叠加即可。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种大视场极光成像仪，其特征在于，包括：
固定支架(1)；
设置于所述固定支架(1)上的两个子镜头(2)，两个所述子镜头(2)均为离轴反射型光学广角镜头，包括沿光线传递方向依次设置的第一反光镜(201)、第二反光镜(202)、第三反光镜(203)、第四反光镜(204)以及曲面光子计数探测器(205)，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述第四反射镜上均设置有带通滤光镀膜，且两个所述子镜头(2)共同形成一不小于120°的拼接视场。
2.根据权利要求1所述的大视场极光成像仪，其特征在于，两个所述子镜头(2)通过转轴(3)可转动地设置在所述固定支架(1)上，两个所述子镜头(2)在所述转轴(3)的轴向上拼接成不小于120°的拼接视场。
3.根据权利要求2所述的大视场极光成像仪，其特征在于，所述转轴(3)通过传动结构与扫描电机(4)传动连接，所述扫描电机(4)通过所述传动结构驱动所述转轴(3)正转或者反转，用于在垂直于所述转轴(3)的方向上形成不小于120°的视场。
4.根据权利要求3所述的大视场极光成像仪，其特征在于，所述子镜头(2)的视场为72°×12°，角分辨率优于0.2°。
5.根据权利要求4所述的大视场极光成像仪，其特征在于，两个所述子镜头(2)的拼接区域交互角为9°，拼接视场135°×12°。
6.根据权利要求5所述的大视场极光成像仪，其特征在于，所述扫描电机(4)的扫描角度为135°，扫描速率为1°/s。
7.根据权利要求3所述的大视场极光成像仪，其特征在于，所述传动结构包括连接在所述扫描电机(4)输出端的蜗杆以及设置在所述转轴(3)上并与所述蜗杆配合的涡轮。
8.根据权利要求1-7任一项所述的大视场极光成像仪，其特征在于，所述带通滤光镀膜为Al/MgF2非周期多层膜。
9.根据权利要求1-7任一项所述的大视场极光成像仪，其特征在于，两个所述子镜头(2)上均设置有遮光罩(206)。
10.一种大视场宽幅成像探测方法，其特征在于，包括步骤：
1)采用如权利要求3-7任一项所述的大视场极光成像仪进行扫描成像，并根据所述扫描电机(4)的扫描速率以及所述子镜头(2)的角分辨率，确定单次曝光时间，使得曝光期间产生像移小于0.5个分辨单元；
2)每幅单次曝光图像根据与首幅单次曝光图像扫描角度差，计算得到像移补偿量，并进行图像像移补偿叠加。
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