CN107131953A - 一种空间光谱辐射测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种空间光谱辐射测试系统，包括：双面反射镜、定标光源、空间光谱仪器，以及位于双面反射镜的轴所在位置上的用于控制双面反射镜旋转的活动部件；双面反射镜的一面为漫反射面结构，另一面为镜面结构；双面反射镜位于空间光谱仪器入光口的前方位置；定标光源位于双面反射镜和空间光谱仪器之间。本申请采用双面反射镜和定标光源可以实现空间光谱仪器的指向和定标功能，满足全孔径全视场的定标需求，且不会单独增加大尺寸的光学元件，大幅简化了系统结构，减小了体积和质量，降低了活动部件的功耗等在轨资源需求，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及光辐射测量领域，特别是涉及一种空间光谱辐射测试系统。
背景技术
空间光谱辐射测量仪器是将目标光谱信息分光探测的科学仪器，具有广阔的应用前景。随着应用需求的发展，对空间光谱辐射测量仪器提出了多观测模式、大观测视场、全口径全视场高精度在轨标定、高轻量化结构、高系统可靠性等方面要求。
为了解决上述问题，目前在光谱仪入光口处设置可旋转的指向镜实现大视场和多种观测模式，在仪器入光口内部设置独立的定标器实现全口径全视场在轨标定，为提高光谱仪的信噪比，系统的入瞳直径一般较大，实现全口径定标将会使得定标器的体积较为庞大，同时定标器是分时工作的，在不同工作模式下需要移入或移出光路，这样就必须设计一套活动部件保证其定标功能。独立定标器的设计虽然能够满足系统在轨定标的要求，但是独立的定标器势必会使仪器的质量和体积增加，占用更多的功耗，活动部件的引入还会导致系统的可靠性降低。
以图1为例，光谱仪由望远系统1、汇聚系统2、分光系统3，成像系统4和探测器5组成；在望远系统1的入光口处设置有指向镜6，在指向镜6和望远系统1中间的平行光路中设置有一套定标器7中的活动部件72实现定标器7中的定标光源71移入和移出光路。在观测模式下，目标光谱信息通过指向镜6进入仪器，依次通过望远系统1、汇聚系统2、分光系统3，成像系统4和探测器5实现光谱信息的采集和存储，此时定标光源71处在成像光路外。在定标模式下，定标器7通过活动部件72将定标光源71移入光路中，实现定标功能。为了满足全孔径全视场定标，定标器7需要覆盖仪器的口径和视场，定标器7中会出现与指向镜6尺寸相当的光学元件。而且观测和定标模式需要切换定标器7的位置，仪器需预留较大空间满足定标器7的安装，因此光谱仪器在体积、质量和功耗等方面提出更多的要求。活动部件72是制约仪器可靠性的重要因素，大多数仪器失效均是由活动部件72故障引起的，定标器7如果卡在正常光路中不能正常移出光路，将严重影响仪器工作导致失效，因此独立的活动部件72大大增加了仪器的失效几率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种空间光谱辐射测试系统，可以满足全孔径全视场的定标需求，且不会单独增加大尺寸的光学元件，提高了系统的稳定可靠性。其具体方案如下：
一种空间光谱辐射测试系统，包括：双面反射镜、定标光源、空间光谱仪器，以及位于所述双面反射镜的轴所在位置上的用于控制所述双面反射镜旋转的活动部件；
所述双面反射镜的一面为漫反射面结构，另一面为镜面结构；
所述双面反射镜位于所述空间光谱仪器入光口的前方位置；所述定标光源位于所述双面反射镜和所述空间光谱仪器之间。
优选地，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，所述漫反射面结构与所述镜面结构的尺寸相同。
优选地，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，所述双面反射镜为由所述漫反射面结构、中间层结构及所述镜面结构而形成的三明治结构，所述中间层结构为由多个支撑结构相结合组成的中空轻量化结构。
优选地，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，所述中间层结构沿从漫反射面结构指向所述镜面结构方向上的截面形状为蜂窝状、网状或折线状。
优选地，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，所述双面反射镜为由具有所述镜面结构的指向镜和具有所述漫反射面结构的漫反射板而形成的一体化结构；所述漫反射板集成在所述指向镜的背部。
优选地，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，所述漫反射面结构的材料为铝合金材料。
优选地，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，所述漫反射面结构和所述镜面结构的表面均设置有保护膜。
优选地，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，所述空间光谱仪器包括依次设置在传输光路上的望远系统、汇聚系统、分光系统，成像系统和探测器。
本发明所提供的一种空间光谱辐射测试系统，包括：双面反射镜、定标光源、空间光谱仪器，以及位于双面反射镜的轴所在位置上的用于控制双面反射镜旋转的活动部件；双面反射镜的一面为漫反射面结构，另一面为镜面结构；双面反射镜位于空间光谱仪器入光口的前方位置；定标光源位于双面反射镜和空间光谱仪器之间。本发明采用双面反射镜和定标光源可以实现空间光谱仪器的指向和定标功能，满足全孔径全视场的定标需求，且不会单独增加大尺寸的光学元件，大幅简化了系统结构，减小了体积和质量，降低了活动部件的功耗等在轨资源需求，提高了系统的可靠性。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中空间光谱辐射测试系统的光路示意图；
图2为本发明实施例提供的空间光谱辐射测试系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的双面反射镜的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的在目标观测模式下，空间光谱辐射测试系统的具体光路示意图；
图5为本发明实施例提供的在太阳定标模式下，空间光谱辐射测试系统的具体光路示意图；
图6为本发明实施例提供的在内定标模式下，空间光谱辐射测试系统的具体光路示意图。
具体实施方式
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。
本发明提供一种空间光谱辐射测试系统，如图2和图3所示，包括：双面反射镜10、定标光源20、空间光谱仪器30，以及位于双面反射镜10的轴所在位置上的用于控制双面反射镜10旋转的活动部件40；
双面反射镜10的一面为漫反射面结构101，另一面为镜面结构102；
双面反射镜10位于空间光谱仪器30入光口的前方位置；定标光源20位于双面反射镜10和空间光谱仪器30之间。
需要说明的是，如图1所示，定标光源20、双面反射镜10与空间光谱仪器30三者不在同一直线上，便于定标光源20发出的光线可以通过双面反射镜10的漫反射面结构101漫反射进入空间光谱仪器30，并且在定标光源20为关闭状态时，不影响其他光线的传输。
在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，采用双面反射镜和定标光源可以实现空间光谱仪器的指向和定标功能，即通过漫反射面结构将定标光源移入空间光谱仪器的全光路中，以实现定标功能；满足全孔径全视场的定标需求，且不会单独增加大尺寸的光学元件，大幅简化了系统结构，减小了体积和质量，降低了活动部件的功耗等在轨资源需求，提高了系统的可靠性。
进一步地，需要说明的是，位于双面反射镜10的轴所在位置上的用于控制双面反射镜10旋转的活动部件40，这样可以通过活动部件40旋转分时使漫反射面结构101和镜面结构102移入光路，实现指向和定标功能。该活动部件的体积和质量较小，不会影响整体系统的外形尺寸和可靠性。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，如图2和图3所示，漫反射面结构101与镜面结构102的尺寸可以设置相同，对于漫反射面结构101与镜面结构102的具体尺寸，只要满足漫反射面结构101与镜面结构102的尺寸覆盖空间光谱仪器30的全视场和全孔径即可，在此不做限定。
对于双面反射镜的具体结构可以有多种实施方式，具体列举以下几种：
在第一种实施方式中，在具体实施时，如图3所示，双面反射镜10可以设置为由漫反射面结构101、中间层结构103及镜面结构102而形成的三明治结构，中间层结构103为由多个支撑结构相结合组成的中空轻量化结构；
这里所指的中空轻量化结构沿从漫反射面结构指向镜面结构方向上的截面形状可以为蜂窝状、网状或折线状，实现减轻重量的目的。图3中的中空轻量化结构的截面形状为折线状，也可以理解为正立中空的三角形和倒立中空的三角形紧挨且交错排列组合而成的形状。
在第二种实施方式中，在具体实施时，双面反射镜可以设置为由具有镜面结构101的指向镜和具有漫反射面结构102的漫反射板而形成的一体化结构；此时漫反射板应集成在指向镜的背部；
在第三种实施方式中，在具体实施时，可以将具有镜面结构的指向镜的背部直接做成漫反射面，形成双面反射镜，这样只将指向镜背部进行合理利用，未增加任何光学元件和机械零件，就可以使指向镜具有定标功能。
以上三种实施方式中双面反射镜的设计均可以省去定标器的驱动机构，省去覆盖光学系统口径和视场的大尺寸光学元件，大幅降低定标功能实现所占用的资源，使光谱仪器的更简化、紧凑和可靠。需要说明的是，对于双面反射镜的结构也可以是其它形式，例如镜面结构的制作可采用在漫反射面结构基底上镶嵌或拼接的方法制作；镶嵌或拼接后镜面结构与漫反射面结构之间的角度位置关系可任意更改。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，漫反射面结构的材料可以设置为铝合金材料，这样可以使加工成的漫反射面结构具有较好的朗伯特性和稳定性。在此，可以直接将铝合金基底材料按照使用要求加工成具有一定外形尺寸和镜厚比的双面镜原型，通过加工中空轻量化结构实现减轻重量。
另外，具体地，可以在机械加工完成的双面镜镜坯的一面通过物理磨砂和化学腐蚀的方法将其制作成漫反射面结构，然后将另一面按照传统的镜面加工工艺制作成镜面结构。
之后，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，漫反射面结构和镜面结构的表面均可以设置有保护膜，即在两个光学表面分别镀制保护膜，增加光学性能的稳定性。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述空间光谱辐射测试系统中，如图4至图6所示，空间光谱仪器30可以包括依次设置在传输光路上的望远系统301、汇聚系统302、分光系统303，成像系统304和探测器305。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种空间光谱辐射测试方法，由于该方法解决问题的原理与前述一种空间光谱辐射测试系统相似，因此该方法的实施可以参见空间光谱辐射测试系统的实施，重复之处不再赘述。
在具体实施时，在不同模式下，本发明实施例提供的空间光谱辐射测试方法，具体包括：
在目标观测模式下，定标光源处于关闭状态，将目标的光谱信息通过双面反射镜的镜面结构反射进行空间光谱仪器，反射光线通过空间光谱仪器进行光谱分光和采集；
在太阳定标模式下，定标光源处于关闭状态，将太阳光通过双面反射镜的漫反射面结构漫反射进行空间光谱仪器，漫反射光线通过光谱仪仪器对全光路进行标定；
在内定标模式下，定标光源处于打开状态，光源产生的光线将通过双面反射镜的漫反射面结构漫反射进行空间光谱仪器，漫反射光线通过光谱仪仪器对全光路进行标定。
具体地，如图4所示，当空间光谱仪器工作在目标观测模式下，双面反射镜10的镜面结构102旋转至图示角度，将观测目标50的光谱信息反射进入光学系统，此时定标光源20处于关闭状态，不会影响光学系统的正常功能，目标光谱信息依次通过望远系统301、汇聚系统302、分光系统303、成像系统304和探测器305完成光谱分光和采集；
如图5所示，当空间光谱仪器工作在太阳定标模式下，双面反射镜10的漫反射面结构101旋转图示角度，将太阳光漫反射进入光学系统，此时定标光源20处于关闭状态，漫反射光线依次通过空间光谱仪器各分系统对仪器的全光路进行标定；
如图6所示，当空间光谱仪器工作在内定标模式下，双面反射镜10的漫反射面结构101旋转图示角度，定标光源20打开，光线将通过漫反射面结构101散射进入光学系统，此时双面反射镜10的镜面结构102遮挡了入光口，外部光线无法进入光学系统，漫反射光线依次经过空间光谱仪器各分系统对仪器的全光路进行标定。
本发明实施例提供的一种空间光谱辐射测试系统，包括：双面反射镜、定标光源、空间光谱仪器，以及位于双面反射镜的轴所在位置上的用于控制双面反射镜旋转的活动部件；双面反射镜的一面为漫反射面结构，另一面为镜面结构；双面反射镜位于空间光谱仪器入光口的前方位置；定标光源位于双面反射镜和空间光谱仪器之间。本发明采用双面反射镜和定标光源可以实现空间光谱仪器的指向和定标功能，满足全孔径全视场的定标需求，且不会单独增加大尺寸的光学元件，大幅简化了系统结构，减小了体积和质量，降低了活动部件的功耗等在轨资源需求，提高了系统的可靠性。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的空间光谱辐射测试系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种空间光谱辐射测试系统，其特征在于，包括：双面反射镜、定标光源、空间光谱仪器，以及位于所述双面反射镜的轴所在位置上的用于控制所述双面反射镜旋转的活动部件；
所述双面反射镜的一面为漫反射面结构，另一面为镜面结构；
所述双面反射镜位于所述空间光谱仪器入光口的前方位置；所述定标光源位于所述双面反射镜和所述空间光谱仪器之间。
2.根据权利要求1所述的空间光谱辐射测试系统，其特征在于，所述漫反射面结构与所述镜面结构的尺寸相同。
3.根据权利要求2所述的空间光谱辐射测试系统，其特征在于，所述双面反射镜为由所述漫反射面结构、中间层结构及所述镜面结构而形成的三明治结构，所述中间层结构为由多个支撑结构相结合组成的中空轻量化结构。
4.根据权利要求3所述的空间光谱辐射测试系统，其特征在于，所述中间层结构沿从漫反射面结构指向所述镜面结构方向上的截面形状为蜂窝状、网状或折线状。
5.根据权利要求2所述的空间光谱辐射测试系统，其特征在于，所述双面反射镜为由具有所述镜面结构的指向镜和具有所述漫反射面结构的漫反射板而形成的一体化结构；所述漫反射板集成在所述指向镜的背部。
6.根据权利要求1至5任一项所述的空间光谱辐射测试系统，其特征在于，所述漫反射面结构的材料为铝合金材料。
7.根据权利要求1至5任一项所述的空间光谱辐射测试系统，其特征在于，所述漫反射面结构和所述镜面结构的表面均设置有保护膜。
8.根据权利要求1至5任一项所述的空间光谱辐射测试系统，其特征在于，所述空间光谱仪器包括依次设置在传输光路上的望远系统、汇聚系统、分光系统，成像系统和探测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170905 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |