CN114264380B - 基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统及方法，直线移动平台用于承载液氮制冷低温黑体和可变温标准黑体在直线导轨上移动；可变温标准黑体发出的标准红外辐射光源经过离轴反射镜反射后再经平面反射镜反射透过真空窗口入射至红外标准辐亮度计；红外标准辐亮度计安装在第一高精度转台上，卫星红外载荷安装在第二高精度转台上；第一高精度转台和第二高精度转台安装在直线移动平台上；计算机通过运动机构控制器控制直线移动平台沿着导轨来回移动；计算机通过运动机构控制器控制直线移动平台、第一高精度转台以及第一高精度转台。本发明大大提升了卫星红外载荷定标精度和效率。
Description
技术领域
本发明涉及卫星红外载荷辐射定标技术领域，具体地，涉及一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统及方法。
背景技术
随着定量化遥感技术的不断发展，卫星红外载荷的探测精度也在不断提高。当前卫星红外载荷定标主要分为发射前定标和在轨定标两大类，其中发射前定标是保证卫星红外载荷在轨运行的关键步骤，红外定标系统的精度将直接影响卫星对地遥感观测精度。
当前卫星红外载荷发射前定标主要采用黑体作为辐射源，在低背景真空低温定标真空罐中进行，黑体发射的标准红外辐射通过测量黑体温度和发射率来实现，每次试验开始前，都需要真空罐中的面源黑体进行温度和发射率的定标，耗时长，效率低，随着相机口径和视场范围的不断增大，真空罐中的黑体尺寸也越来越来，计量难度也随之增大。
传统卫星采用大面源黑体进行红外辐射定标，由于黑体面源大，无法将黑体运至计量院标定，通常采用制作同等工艺的小样进行发射率等性能测试从而来评估大面源黑体的指标，这样方法不确定度高，误差较大，切且传统黑体的面源不均匀性较差。
公开号为CN107745830A的专利文献公开了一种基于微小卫星的高分遥感定标系统及定标方法，展开式太阳能板通过太阳能板承载臂与卫星体相连；反射镜安装在反射镜法兰上，并与卫星体装配在一起；一号探测器、二号探测器、三号探测器安装在探测器安装臂；反射球通过反射球旋转和安装法兰装配在卫星体；GPS天线和数传天线装配在卫星体的底部。反射球通过反射球旋转和安装法兰结构，实现在轨旋转而并不会影响对卫星的姿态产生大纵向的影响，并通过反射球旋转和安装法兰和一号探测器实现对整个反射球的球面度的探测。但是该专利文献仍然存在耗时长，效率低，计量难度大的缺陷。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统及方法。
根据本发明提供的一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，包括液氮制冷低温黑体、可变温标准黑体、直线导轨、直线移动平台、离轴反射镜、平面反射镜、真空窗口、导轨、直线移动平台、第一高精度转台、红外标准辐亮度计、卫星红外载荷、第二高精度转台、积分球光源、冷背景黑体、运动机构控制器以及计算机；
所述直线移动平台用于承载所述液氮制冷低温黑体和所述可变温标准黑体在所述直线导轨上移动；
所述可变温标准黑体发出的标准红外辐射光源经过所述离轴反射镜反射后再经所述平面反射镜反射透过所述真空窗口入射至所述红外标准辐亮度计；
所述红外标准辐亮度计安装在所述第一高精度转台上，所述卫星红外载荷安装在所述第二高精度转台上；所述第一高精度转台和所述第二高精度转台安装在所述直线移动平台上；
所述计算机通过所述运动机构控制器控制所述直线移动平台沿着所述导轨来回移动，进而实现所述卫星红外载荷和所述红外标准辐亮度计对所述积分球光源的依次观测；
所述计算机通过所述运动机构控制器控制所述直线移动平台、所述第一高精度转台以及所述第一高精度转台实现所述卫星红外载荷和所述红外标准辐亮度计对所述冷背景黑体的依次观测。
优选的，还包括真空低温背景舱和常温常压背景舱；
所述液氮制冷低温黑体、所述可变温标准黑体、所述离轴反射镜以及所述平面反射镜均安装在所述常温常压背景舱中；
所述红外标准辐亮度计、所述卫星红外载荷、所述积分球光源以及所述冷背景黑体均安装在真空低温背景舱中。
优选的，所述真空低温背景舱和所述常温常压背景舱的内壁均涂有消光涂层。
优选的，所述液氮制冷低温黑体采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996；
所述可变温标准黑体温度调节范围300K～500K，控温精度0.05K，发射率高于0.996。
优选的，所述离轴反射镜和所述平面反射镜表面镀金，所述真空窗口采用ZnSe材料。
优选的，所述红外标准辐亮度计具有多个探测波段：短波红外范围1.2μm～2.5μm、中波红外3μm～7.5μm、长波红外8μm～14μm。
优选的，所述积分球光源内表面为漫反射镀金层，表面反射率大于0.98。
优选的，所述积分球光源的内表面靠近所述积分球开口处安装红外光源；
所述计算机通过调整所述红外光源的点亮数量和电流强度实现红外辐射强度的调节。
优选的，所述冷背景黑体采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996。
本发明还提供一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标方法，运用上述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标系统执行如下步骤：
步骤1：通过所述红外标准辐亮度计观测所述可变温标准黑体，所述红外标准辐亮度计的响应值SB1用公式(1)表示：
SB1＝R[ρ2LB1+LM1+LM2+LBackB1] 公式(1)
式中，R是所述红外标准辐亮度计的有效响应度，LB1是所述可变温黑体的辐亮度，ρ是所述离轴反射镜和所述平面反射镜的有效反射率，LM1是所述离轴反射镜发射的有效辐亮度，LM2是所述平面反射镜发射的有效辐亮度，LbackB1是被所述可变温黑体反射至所述红外标准辐亮度计的背景辐亮度；
步骤2：通过所述红外标准辐亮度计观测所述液氮制冷低温黑体，所述红外标准辐亮度计的响应值SB2用公式(2)表示：
SB2＝R[ρ2LB2+LM1+LM2+LBackB2] 公式(2)
式中，R是所述红外标准辐亮度计的有效响应度，LB2是所述液氮制冷低温黑体的辐亮度，ρ是所述离轴反射镜和所述平面反射镜的有效反射率，LM1是所述离轴反射镜发射的有效辐亮度，LM2是所述平面反射镜发射的有效辐亮度，LbackB2是被所述液氮制冷低温黑体反射至所述红外标准辐亮度计的背景辐亮度；
步骤3：将公式减去公式得到两者的差值，用公式(3)来表示：
ΔS＝SB1-SB2＝R[ρ2(LB1-LB2)+(LBackB1-LBcakB2)] 公式(3)
其中，LB2是所述液氮制冷低温黑体的辐亮度，温度为77K～90K，发射的辐亮度忽略不计，公式简化为公式(4)：
ΔS＝R[ρ2LB1+ΔLBack] 公式(4)
式中，ΔLBack为测量所述可变温标准黑体和所述液氮制冷低温黑体时的背景差值；
步骤4：设置所述可变温标准黑体两个温度T1和T0，此时，ΔS(T1)-ΔS(T0)如公式(5)所示：
式中，ΔS(T1)-ΔS(T0)为所述红外标准辐亮度计测量温度分别为T1和T0时所述可变温标准黑体得到的信号差值，LB1(T1)-LB1(T0)为Planck公式计算的温度分别为T1和T0时所述可变温标准黑体辐亮度差值，Rρ2为所述红外标准辐亮度计的定标系数，如公式(6)所示：
至此，完成所述红外标准辐亮度计的定标，并获得所述红外标准辐亮度计的定标系数Rρ2；
步骤5：利用已经定标好的所述红外标准辐亮度计对所述积分球光源进行定标，转动所述第一高精度转台，并移动所述直线移动平台，使所述红外标准辐亮度计对准所述积分球光源，测量所述积分球光源的红外辐射，得到所述积分球光源的标准红外辐亮度值；
至此，完成所述积分球光源的定标，并获得所述积分球光源不同档位的红外辐亮度值；
步骤6：利用已经定标好的所述积分球光源对所述卫星红外载荷进行定标，转动所述第二高精度转台，并移动所述直线移动平台，使所述卫星红外载荷对准所述积分球光源，完成所述卫星红外载荷不同辐亮度下的辐射定标；
步骤7：利用所述冷背景黑体对所述卫星红外载荷进行定标，转动所述第二高精度转台，使所述卫星红外载荷对准所述冷背景黑体，完成所述卫星红外载荷冷背景零点的辐射定标；
步骤8：重复步骤6和步骤7，完成所述卫星红外载荷的定标复测，至此，完成所述卫星红外载荷的定标，并获得所述卫星红外载荷的红外辐射定标系数。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用标准辐亮度计进行标准传递，标准辐亮度具有体积小、精度高、便于保存等优点；
2、本发明采用了积分球红外光源，可以大大提高出光口红外光源的均匀性；
3、本发明不再需要通过普朗克定律计算红外标准源的标准辐亮度，而是通过红外标准辐射计直接测量得到，达达提高了红外标准的传递效率和精度；
4、本发明将载荷和定标源都置于低背景红外定标舱中进行，有效降低了背景辐射对定标结果的影响；
5、本发明对标准辐亮度计进行定标的过程中，采用了双黑体法，有效消除了背景辐射对标准辐亮度计定标精度的影响；
6、本发明具有效率高、精度高、通用性强、便于保存等优点，可以有效解决当前大口径红外相机定标精度低等问题，并且通过对光源的合理改造，可以实现更宽红外波段的卫星载荷辐射定标功能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为红外标准辐亮度计可变温黑体定标的示意图；
图2为红外标准辐亮度计液氮制冷低温黑体定标的示意图；
图3为红外标准辐亮度计定标积分球的示意图；
图4为积分球定标卫星红外载荷的示意图；
图5为冷背景黑体定标卫星红外载荷的示意图；
图6为定标流程标准传递链的示意图。
图中示出：
真空低温背景舱1 第一高精度转台12
常温常压背景舱2 红外标准辐亮度计13
冷低温黑体3 卫星红外载荷14
可变温标准黑体4 第二高精度转台15
直线导轨5 积分球光源16
直线移动平台6 红外光源17
离轴反射镜7 冷背景黑体18
平面反射镜8 运动机构控制器19
真空窗口9 计算机20
导轨10 涂光层21
直线移动平台11
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1～6所示，本实施例提供一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，包括液氮制冷低温黑体3、可变温标准黑体4、直线导轨5、直线移动平台6、离轴反射镜7、平面反射镜8、真空窗口9、导轨10、直线移动平台11、第一高精度转台12、红外标准辐亮度计13、卫星红外载荷14、第二高精度转台15、积分球光源16、冷背景黑体18、运动机构控制器19以及计算机20。直线移动平台6用于承载液氮制冷低温黑体3和可变温标准黑体4在直线导轨5上移动，可变温标准黑体4发出的标准红外辐射光源经过离轴反射镜7反射后再经平面反射镜8反射透过真空窗口9入射至红外标准辐亮度计13，红外标准辐亮度计13安装在第一高精度转台12上，卫星红外载荷14安装在第二高精度转台15上，第一高精度转台12和第二高精度转台15安装在直线移动平台11上，计算机20通过运动机构控制器19控制直线移动平台11沿着导轨10来回移动，进而实现卫星红外载荷14和红外标准辐亮度计13对积分球光源16的依次观测，计算机20通过运动机构控制器19控制直线移动平台11、第一高精度转台12以及第一高精度转台15实现卫星红外载荷14和红外标准辐亮度计13对冷背景黑体18的依次观测。
液氮制冷低温黑体3采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996，可变温标准黑体4温度调节范围300K～500K，控温精度0.05K，发射率高于0.996。离轴反射镜7和平面反射镜8表面镀金，真空窗口9采用ZnSe材料。红外标准辐亮度计13具有多个探测波段：短波红外范围1.2μm～2.5μm、中波红外3μm～7.5μm、长波红外8μm～14μm。积分球光源16内表面为漫反射镀金层，表面反射率大于0.98。冷背景黑体18采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996。
还包括真空低温背景舱1和常温常压背景舱2，液氮制冷低温黑体3、可变温标准黑体4、离轴反射镜7以及平面反射镜8均安装在常温常压背景舱2中，红外标准辐亮度计13、卫星红外载荷14、积分球光源16以及冷背景黑体18均安装在真空低温背景舱1中，真空低温背景舱1和常温常压背景舱2的内壁均涂有消光涂层21。
积分球光源16的内表面靠近积分球开口处安装红外光源17，计算机20通过调整红外光源17的点亮数量和电流强度实现红外辐射强度的调节。
本实施例还提供一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标方法，运用上述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标系统执行如下步骤：
步骤1：通过红外标准辐亮度计13观测可变温标准黑体4，红外标准辐亮度计13的响应值SB1用公式(1)表示：
SB1＝R[ρ2LB1+LM1+LM2+LBackB1] 公式(1)
式中，R是红外标准辐亮度计13的有效响应度，LB1是可变温黑体4的辐亮度，ρ是离轴反射镜7和平面反射镜8的有效反射率，LM1是离轴反射镜7发射的有效辐亮度，LM2是平面反射镜8发射的有效辐亮度，LbackB1是被可变温黑体4反射至红外标准辐亮度计13的背景辐亮度；
步骤2：通过红外标准辐亮度计13观测液氮制冷低温黑体3，红外标准辐亮度计13的响应值SB2用公式(2)表示：
SB2＝R[ρ2LB2+LM1+LM2+LBackB2] 公式(2)
式中，R是红外标准辐亮度计13的有效响应度，LB2是液氮制冷低温黑体3的辐亮度，ρ是离轴反射镜7和平面反射镜8的有效反射率，LM1是离轴反射镜7发射的有效辐亮度，LM2是平面反射镜8发射的有效辐亮度，LbackB2是被液氮制冷低温黑体3反射至红外标准辐亮度计13的背景辐亮度；
步骤3：将公式1减去公式2得到两者的差值，用公式(3)来表示：
ΔS＝SB1-SB2＝R[ρ2(LB1-LB2)+(LBackB1-LBcakB2)] 公式(3)
其中，LB2是液氮制冷低温黑体3的辐亮度，温度为77K～90K，发射的辐亮度忽略不计，公式3简化为公式(4)：
ΔS＝R[ρ2LB1+ΔLBack] 公式(4)
式中，ΔLBack为测量可变温标准黑体4和液氮制冷低温黑体3时的背景差值；
步骤4：设置可变温标准黑体4两个温度T1和T0，此时，ΔS(T1)-ΔS(T0)如公式(5)所示：
式中，ΔS(T1)-ΔS(T0)为红外标准辐亮度计13测量温度分别为T1和T0时可变温标准黑体4得到的信号差值，LB1(T1)-LB1(T0)为Planck公式计算的温度分别为T1和T0时可变温标准黑体4辐亮度差值，Rρ2为红外标准辐亮度计13的定标系数，如公式(6)所示：
至此，完成红外标准辐亮度计13的定标，并获得红外标准辐亮度计13的定标系数Rρ2；
步骤5：利用已经定标好的红外标准辐亮度计13对积分球光源16进行定标，转动第一高精度转台12，并移动直线移动平台11，使红外标准辐亮度计13对准积分球光源16，测量积分球光源16的红外辐射，得到积分球光源16的标准红外辐亮度值；
至此，完成积分球光源16的定标，并获得积分球光源16不同档位的红外辐亮度值；
步骤6：利用已经定标好的积分球光源16对卫星红外载荷14进行定标，转动第二高精度转台15，并移动直线移动平台11，使卫星红外载荷14对准积分球光源16，完成卫星红外载荷14不同辐亮度下的辐射定标；
步骤7：利用冷背景黑体18对卫星红外载荷14进行定标，转动第二高精度转台15，使卫星红外载荷14对准冷背景黑体18，完成卫星红外载荷14冷背景零点的辐射定标；
步骤8：重复步骤6和步骤7，完成卫星红外载荷14的定标复测，至此，完成卫星红外载荷14的定标，并获得卫星红外载荷14的红外辐射定标系数。
实施例2：
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
如图1～6所示，本实施例提供一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标系统，包括：
直线移动平台6承载着液氮制冷低温黑体3和可变温标准黑体4可以在直线导轨5上移动，从而实现黑体光源的切换。可变温标准黑体4发出的标准红外辐射光源经过离轴反射镜7反射后再经平面反射镜8反射透过真空窗口9入射至红外标准辐亮度计13，两者经过差值处理扣除背景干扰后得到红外标准辐亮度计13的定标系数，从而实现对红外标准辐亮度计13的定标。通过移动直线移动平台11和高精度转台12使红外标准辐亮度计13对准积分球光源16，从而实现对积分球光源16的定标，通过移动直线移动平台11和高精度转台15使卫星红外载荷14分别对准积分球光源16和冷背景黑体18，积分球光源16调整不同的辐亮度，从而实现不同辐亮度标准下的卫星红外载荷14定标。
红外标准辐亮度计13安装在第一高精度转台12上，卫星红外载荷14安装在第二高精度转台15上，第一高精度转台12和第二高精度转台15同时安装在直线移动平台11上，计算机20通过运动机构控制器19控制直线移动平台11沿着导轨10来回移动，实现卫星红外载荷14和红外标准辐亮度计13对积分球光源16的依次观测。计算机20通过运动机构控制器19控制直线移动平台11、高精度转台12和15实现卫星红外载荷14和红外标准辐亮度计13对冷背景黑体18的依次观测，从而实现卫星红外载荷的定标。
进一步的，液氮制冷低温黑体3、可变温标准黑体4、离轴反射镜7、平面反射镜8安装在常温常压背景舱2中，舱中充满干燥高纯氮气。红外标准辐亮度计13、卫星红外载荷14、积分球光源16、冷背景黑体18安装在真空低温背景舱1中，真空度优于1×10-3Pa，背景温度低于100K。常温常压背景舱2和真空低温背景舱1的内壁都涂有消光涂层21，吸收率大于0.95。
进一步的，液氮制冷低温黑体3采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996；可变温标准黑体4温度调节范围300K～500K，控温精度0.05K，发射率高于0.996。
进一步的，离轴反射镜7、平面反射镜8表面镀金，真空窗口9采用ZnSe材料。
进一步的，红外标准辐亮度计13具有多个探测波段，短波红外范围1.2μm～2.5μm、中波红外3μm～7.5μm、长波红外8μm～14μm。
进一步的，积分球光源16内表面为漫反射镀金层，表面反射率大于0.98，积分球光源16的内表面靠近积分球开口处安装红外光源17，通过调整红外光源17的种类和数量可以实现不同波段和不同强度红外光源，计算机20可以通过调整红外光源17的点亮数量和电流强度来实现红外辐射强度的调节。
进一步的，冷背景黑体18采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996。
本实施例还提供一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标系统，运用上述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标系统执行如下步骤：
步骤M1(红外标准辐亮度计13定标)：首先如图1所示，红外标准辐亮度计13观测可变温标准黑体4，红外标准辐亮度计13的响应值SB1可以用公式(1)表示：
SB1＝R[ρ2LB1+LM1+LM2+LBackB1] 公式(1)
式中，R是红外标准辐亮度计13的有效响应度，LB1是可变温黑体4的辐亮度，ρ是离轴反射镜7和平面反射镜8的有效反射率，LM1是离轴反射镜7发射的有效辐亮度，LM2是平面反射镜8发射的有效辐亮度，LbackB1是被可变温黑体4反射至红外标准辐亮度计13的背景辐亮度；
步骤M2(红外标准辐亮度计定标13定标)：然后移动直线导轨5如图2所示，红外标准辐亮度计13观测液氮制冷低温黑体3，红外标准辐亮度计13的响应值SB2可以用公式(2)表示：
SB2＝R[ρ2LB2+LM1+LM2+LBackB2] 公式(2)
式中，R是红外标准辐亮度计13的有效响应度，LB2是液氮制冷低温黑体3的辐亮度，ρ是离轴反射镜7和平面反射镜8的有效反射率，LM1是离轴反射镜7发射的有效辐亮度，LM2是平面反射镜8发射的有效辐亮度，LbackB2是被液氮制冷低温黑体3反射至红外标准辐亮度计13的背景辐亮度；
步骤M3(红外标准辐亮度计13定标)：将公式1减去公式2得到两者的差值，可以用公式(3)来表示：
ΔS＝SB1-SB2＝R[ρ2(LB1-LB2)+(LBackB1-LBcakB2)] 公式(3)
其中，LB2是液氮制冷低温黑体3的辐亮度，温度为77K～90K，发射的辐亮度可以忽略不计，此时公式3可以简化为公式(4)：
ΔS＝R[ρ2LB1+ΔLBack] 公式(4)
式中，ΔLBack为测量两个黑体时的背景差值；
步骤M4(红外标准辐亮度计13定标)：为了扣除背景差值ΔLBack的影响，设置可变温标准黑体4两个温度T1和T0，此时，ΔS(T1)-ΔS(T0)如公式(5)所示：
式中，ΔS(T1)-ΔS(T0)为标准辐亮度计测量温度分别为T1和T0时可变温标准黑体4得到的信号差值，LB1(T1)-LB1(T0)为Planck公式计算的温度分别为T1和T0时可变温标准黑体4辐亮度差值，Rρ2即为标准辐亮度计的定标系数如公式(6)所示：
至此，完成红外标准辐亮度计13的定标，并获得红外标准辐亮度计13的定标系数Rρ2；
步骤M5(积分球光源16定标)：利用已经定标好的红外标准辐亮度计13对积分球光源16进行定标，如图3。转动高精度转台12，并移动直线移动平台11，使红外标准辐亮度计13对准积分球光源16，测量积分球光源16的红外辐射，得到积分球光源16的标准红外辐亮度值；
至此，完成积分球光源16的定标，并获得积分球光源16不同档位的红外辐亮度值；
步骤M6(卫星红外载荷14定标)：利用已经定标好的积分球光源16对卫星红外载荷14进行定标。转动高精度转台15，并移动直线移动平台11，使卫星红外载荷14对准积分球光源16，完成卫星红外载荷14不同辐亮度下的辐射定标；
步骤M7(卫星红外载荷14定标)：利用冷背景黑体18对卫星红外载荷14进行定标。转动高精度转台15，使卫星红外载荷14对准冷背景黑体18，完成卫星红外载荷14冷背景零点的辐射定标；
步骤M8(卫星红外载荷14定标)：重复M6、M7步骤，完成卫星红外载荷14的定标复测；
至此，完成了卫星红外载荷14的定标，并获得了卫星红外载荷14的红外辐射定标系数，整个定标流程标准传递链如图6所示：标准黑体→红外标准辐亮度计→卫星红外载荷。
本发明采用标准辐亮度计进行标准传递，标准辐亮度具有体积小、精度高、便于保存等优点。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，包括液氮制冷低温黑体(3)、可变温标准黑体(4)、直线导轨(5)、直线移动平台(6)、离轴反射镜(7)、平面反射镜(8)、真空窗口(9)、导轨(10)、直线移动平台(11)、第一高精度转台(12)、红外标准辐亮度计(13)、卫星红外载荷(14)、第二高精度转台(15)、积分球光源(16)、冷背景黑体(18)、运动机构控制器(19)以及计算机(20)；
所述直线移动平台(6)用于承载所述液氮制冷低温黑体(3)和所述可变温标准黑体(4)在所述直线导轨(5)上移动；
所述可变温标准黑体(4)发出的标准红外辐射光源经过所述离轴反射镜(7)反射后再经所述平面反射镜(8)反射透过所述真空窗口(9)入射至所述红外标准辐亮度计(13)；
所述红外标准辐亮度计(13)安装在所述第一高精度转台(12)上，所述卫星红外载荷(14)安装在所述第二高精度转台(15)上；所述第一高精度转台(12)和所述第二高精度转台(15)安装在所述直线移动平台(11)上；
所述计算机(20)通过所述运动机构控制器(19)控制所述直线移动平台(11)沿着所述导轨(10)来回移动，进而实现所述卫星红外载荷(14)和所述红外标准辐亮度计(13)对所述积分球光源(16)的依次观测；
所述计算机(20)通过所述运动机构控制器(19)控制所述直线移动平台(11)、所述第一高精度转台(12)以及所述第二高精度转台(15)实现所述卫星红外载荷(14)和所述红外标准辐亮度计(13)对所述冷背景黑体(18)的依次观测。
2.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，还包括真空低温背景舱(1)和常温常压背景舱(2)；
所述液氮制冷低温黑体(3)、所述可变温标准黑体(4)、所述离轴反射镜(7)以及所述平面反射镜(8)均安装在所述常温常压背景舱(2)中；
所述红外标准辐亮度计(13)、所述卫星红外载荷(14)、所述积分球光源(16)以及所述冷背景黑体(18)均安装在真空低温背景舱(1)中。
3.根据权利要求2所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述真空低温背景舱(1)和所述常温常压背景舱(2)的内壁均涂有消光涂层(21)。
4.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述液氮制冷低温黑体(3)采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996；
所述可变温标准黑体(4)温度调节范围300K～500K，控温精度0.05K，发射率高于0.996。
5.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述离轴反射镜(7)和所述平面反射镜(8)表面镀金，所述真空窗口(9)采用ZnSe材料。
6.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述红外标准辐亮度计(13)具有多个探测波段：短波红外范围1.2μm～2.5μm、中波红外3μm～7.5μm、长波红外8μm～14μm。
7.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述积分球光源(16)内表面为漫反射镀金层，表面反射率大于0.98。
8.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述积分球光源(16)的内表面靠近积分球开口处安装红外光源(17)；
所述计算机(20)通过调整所述红外光源(17)的点亮数量和电流强度实现红外辐射强度的调节。
9.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述冷背景黑体(18)采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996。
10.一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标方法，其特征在于，运用权利要求1至9任一项所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标系统执行如下步骤：
步骤1：通过所述红外标准辐亮度计(13)观测所述可变温标准黑体(4)，所述红外标准辐亮度计(13)的响应值SB1用公式(1)表示：
SB1＝R[ρ2LB1+LM1+LM2+LBackB1] 公式(1)
式中，R是所述红外标准辐亮度计(13)的有效响应度，LB1是所述可变温标准黑体(4)的辐亮度，ρ是所述离轴反射镜(7)和所述平面反射镜(8)的有效反射率，LM1是所述离轴反射镜(7)发射的有效辐亮度，LM2是所述平面反射镜(8)发射的有效辐亮度，LbackB1是被所述可变温黑体(4)反射至所述红外标准辐亮度计(13)的背景辐亮度；
步骤2：通过所述红外标准辐亮度计(13)观测所述液氮制冷低温黑体(3)，所述红外标准辐亮度计(13)的响应值SB2用公式(2)表示：
SB2＝R[ρ2LB2+LM1+LM2+LBackB2] 公式(2)
式中，R是所述红外标准辐亮度计(13)的有效响应度，LB2是所述液氮制冷低温黑体(3)的辐亮度，ρ是所述离轴反射镜(7)和所述平面反射镜(8)的有效反射率，LM1是所述离轴反射镜(7)发射的有效辐亮度，LM2是所述平面反射镜(8)发射的有效辐亮度，LbackB2是被所述液氮制冷低温黑体(3)反射至所述红外标准辐亮度计(13)的背景辐亮度；
步骤3：将公式(1)减去公式(2)得到两者的差值，用公式(3)来表示：
ΔS＝SB1-SB2＝R[ρ2(LB1-LB2)+(LBackB1-LBcakB2)] 公式(3)
其中，LB2是所述液氮制冷低温黑体(3)的辐亮度，温度为77K～90K，发射的辐亮度忽略不计，公式(3)简化为公式(4)：
ΔS＝R[ρ2LB1+ΔLBack] 公式(4)
式中，ΔLBack为测量所述可变温标准黑体(4)和所述液氮制冷低温黑体(3)时的背景差值；
步骤4：设置所述可变温标准黑体(4)两个温度T1和T0，此时，ΔS(T1)-ΔS(T0)如公式(5)所示：
式中，ΔS(T1)-ΔS(T0)为所述红外标准辐亮度计(13)测量温度分别为T1和T0时所述可变温标准黑体(4)得到的信号差值，LB1(T1)-LB1(T0)为Planck公式计算的温度分别为T1和T0时所述可变温标准黑体(4)辐亮度差值，Rρ2为所述红外标准辐亮度计(13)的定标系数，如公式(6)所示：
至此，完成所述红外标准辐亮度计(13)的定标，并获得所述红外标准辐亮度计(13)的定标系数Rρ2；
步骤5：利用已经定标好的所述红外标准辐亮度计(13)对所述积分球光源(16)进行定标，转动所述第一高精度转台(12)，并移动所述直线移动平台(11)，使所述红外标准辐亮度计(13)对准所述积分球光源(16)，测量所述积分球光源(16)的红外辐射，得到所述积分球光源(16)的标准红外辐亮度值；
至此，完成所述积分球光源(16)的定标，并获得所述积分球光源(16)不同档位的红外辐亮度值；
步骤6：利用已经定标好的所述积分球光源(16)对所述卫星红外载荷(14)进行定标，转动所述第二高精度转台(15)，并移动所述直线移动平台(11)，使所述卫星红外载荷(14)对准所述积分球光源(16)，完成所述卫星红外载荷(14)不同辐亮度下的辐射定标；
步骤7：利用所述冷背景黑体(18)对所述卫星红外载荷(14)进行定标，转动所述第二高精度转台(15)，使所述卫星红外载荷(14)对准所述冷背景黑体(18)，完成所述卫星红外载荷(14)冷背景零点的辐射定标；
步骤8：重复步骤6和步骤7，完成所述卫星红外载荷(14)的定标复测，至此，完成所述卫星红外载荷(14)的定标，并获得所述卫星红外载荷(14)的红外辐射定标系数。
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