CN107179125A - 稀疏目标光谱实时探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稀疏目标光谱实时探测系统，包括：前置镜、准直镜、分光棱镜、色散元件、第一成像镜、第一探测器、第二成像镜，以及第二探测器；其中，前置镜将无穷远目标成像在准直镜的前焦面上，被准直镜准直形成平行光，经过分光棱镜分成两束能量相同的光束，一束经色散元件色散后被第一成像镜成像在第一探测器上，目标被色散成不同波长的像，成像在不同位置；另一束光线经过第二成像镜，第二在探测器上成像，记录稀疏目标的位置分布。该系统可以解决稀疏目标光谱实时探测的问题，并且具有较高分辨率与较低的误差。

Description

稀疏目标光谱实时探测系统

技术领域

本发明涉及光谱成像技术领域，尤其涉及一种稀疏目标光谱实时探测系统。

背景技术

人造天体在社会运行方面起着重要的作用，但由于这些物体回收困难，废弃后形成空间垃圾，在某些情况下，对其它正常运行的人造天体构成威胁，因此就需要对空间目标进行实时探测与识别。

空间目标探测的基本目的就是把空间目标自主产生的和被动反射的各种电磁波转换成可检测的形式，完成空间目标的监测与识别。目前主要有远程警戒雷达、天文望远镜以及无线电信号监听、精密跟踪雷达、相控雷达、人造卫星光学相机和光电探测望远镜等手段进行空间目标监测。到目前为止，对空间目标的光学探测大多数采用光学成像和辐射度探测的方式，通过光学望远镜和成像系统得到空间目标的图像或者辐射度。在确定目标的实际尺寸时，必须首先假设空间目标的物质构成材料，并假设目标具有一定的表面反射率。然而不同的空间目标物质组成和结构成分是不同的。光谱学正式研究物质组成和结构材料的一门科学，它通过研究物质对光的发射、反射性质，从而确定物质的成分。因为对于每一种物质，其吸收光谱、发射光谱是特定的和固有的，探测到物质的吸收光谱或反射光谱，就可以确定物质种类。

光谱探测在原理上不需要探测目标的几何特征，它通过探测空间目标的反射光谱或辐射光谱，得到目标的特征光谱数据，揭示各种目标的光谱特征、存在状况及物质构成成分。由于不需要探测目标的几何特征，系统可以很小，很灵活，是几何影像探测技术的重要补充，对空间目标识别具有重要意义。在空间目标监视中，根据光谱分布，不仅可以提供目标对太阳光线的反射信息、目标自身辐射信息等，而且也可以为分析目标材质、工作状态提供依据。根据资料显示，空间目标反射光谱包含了很多信息，研究表明卫星的光谱特征与卫星基本结构、卫星的方向、太阳角、卫星表面材料形态、卫星年龄等特性有关。由此可见，空间目标光谱的实时探测对于空间目标的识别，目标的状态监测等方面具有重要的意义。

目前比较成熟的光谱成像仪主要有三类：色散型、干涉型、滤光片型。经过三十年的发展，在信噪比、空间和光谱分辨率等方面已经有了很大提升，但都要通过多次曝光进行时间或空间上的扫描，采集完整数据消耗时间长，使之不适用于目标的实时观测。可以实现实时获取光谱图像的技术包括，计算层析光谱成像技术、编码孔径光谱成像技术、光场多光谱成像技术等。其中计算层析光谱成像技术和光场多光谱成像技术，均牺牲了空间分辨率获取光谱数据，对探测器面阵有很高的要求。编码孔径光谱成像在一次像面插入编码模板，一方面，重构误差大，一次像面存在编码模板，会有遮掩稀疏目标的可能，并且，重构空间分辨率衰减很大；另一方面，编码模板不透光的部分的信息是无法获取的，只能够根据临近信息进行估算，因此不适用于稀疏目标探测。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀疏目标光谱实时探测系统，可以解决稀疏目标光谱实时探测的问题，并且具有较高分辨率与较低的误差。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种稀疏目标光谱实时探测系统，包括：前置镜、准直镜、分光棱镜、色散元件、第一成像镜、第一探测器、第二成像镜，以及第二探测器；

其中，前置镜将无穷远目标成像在准直镜的前焦面上，被准直镜准直形成平行光，经过分光棱镜分成两束能量相同的光束，一束经色散元件色散后被第一成像镜成像在第一探测器上，目标被色散成不同波长的像，成像在不同位置；另一束光线经过第二成像镜，第二在探测器上成像，记录稀疏目标的位置分布。

所述色散元件为Amici棱镜、光栅或者普通棱镜。

该系统实现空间稀疏目标的实时光谱探测，通过两个探测器来确定目标的相对位置，从而重构目标光谱。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该系统主要具备如下优点：1、系统没有狭缝和编码模板遮拦，能量利用利率高，对于空间目标能量弱的特点比较适用；2、系统视场可以比较大，分辨率不受限制；3、系统利用一次曝光数据就可以获得视场内所有目标的光谱数据，具有很强的实时性；4、系统有两路探测器成像，增加了观测量，可以更精确获得目标的光谱数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。

图1为本发明实施例提供的一种稀疏目标光谱实时探测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面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，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的一种稀疏目标光谱实时探测系统的结构示意图。如图1所示，其主要包括：前置镜1、准直镜2、分光棱镜3、色散元件4、第一成像镜5、第一探测器6、第二成像镜7，以及第二探测器8；

其中，前置镜1将无穷远目标成像在准直镜2的前焦面上，被准直镜2准直形成平行光，经过分光棱镜3分成两束能量相同的光束，一束经色散元件4色散后被第一成像镜5成像在第一探测器6上，目标被色散成不同波长的像，成像在不同位置；另一束光线经过第二成像镜7，第二在探测器8上成像，记录稀疏目标的位置分布。

该系统可以实现空间稀疏目标的实时光谱探测，通过两个探测器来确定目标的相对位置，在确定目标的相对位置后，就可以根据算法重构目标光谱。

本发明实施例中，所述的稀疏目标含义如下：目标比较小，而且目标与目标之间距离比较远，目标密度小，如星空中的星星，海面上的船只。

本发明实施例中，所述色散元件3可以为Amici棱镜、光栅或者普通棱镜。

此外，准直镜2、第一成像镜5、第二成像镜7的镜片数量可根据实际情况确定，图1仅为示意。

本发明实施例提供的上述系统主要具备如下优点：

1、系统没有狭缝和编码模板遮拦，能量利用利率高，对于空间目标能量弱的特点比较适用。

2、系统视场可以比较大，分辨率不受限制。

3、系统利用一次曝光数据就可以获得视场内所有目标的光谱数据，具有很强的实时性。

4、系统有两路探测器成像，增加了观测量，可以更精确获得目标的光谱数据。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种稀疏目标光谱实时探测系统，其特征在于，包括：前置镜、准直镜、分光棱镜、色散元件、第一成像镜、第一探测器、第二成像镜，以及第二探测器；

其中，前置镜将无穷远目标成像在准直镜的前焦面上，被准直镜准直形成平行光，经过分光棱镜分成两束能量相同的光束，一束经色散元件色散后被第一成像镜成像在第一探测器上，目标被色散成不同波长的像，成像在不同位置；另一束光线经过第二成像镜，第二在探测器上成像，记录稀疏目标的位置分布。

2.根据权利要求1所述的一种稀疏目标光谱实时探测系统，其特征在于，所述色散元件为Amici棱镜、光栅或者普通棱镜。

3.根据权利要求1所述的一种稀疏目标光谱实时探测系统，其特征在于，

该系统实现空间稀疏目标的实时光谱探测，通过两个探测器来确定目标的相对位置，从而重构目标光谱。