CN118149967A - 采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统及方法。该系统包括辐射光谱仪、双光轴平行光管、十字分划板、激光水平仪、灯源、平面反射镜、五维调整台、计算机、光纤等。辐射光谱仪包括跟踪相机、信号探测镜头、CCD探测器等。双光轴平行光管和灯源组成整体光源，信号探测镜头进行光源探测，跟踪相机对光源进行拍照，通过激光水平仪、平面反射镜、CCD探测器调整信号探测镜头与跟踪相机光轴平行。本发明装调操作简单，无需繁琐计算步骤，装调效率高，对于带有信号探测镜头与跟踪相机的辐射光谱仪同光轴装调具有通用性。

Description

采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统及方法

技术领域

本发明属于遥感辐射定标技术领域，对于同时带有跟踪与信号探测功能的辐射光谱仪同光轴装调具有通用性，涉及一种采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统及方法。

背景技术

遥感数据的精确辐射定标是遥感信息定量化的前提，更是遥感数据能够在各个领域中得到有效应用的基础。绝对辐射定标能够将传感器响应的灰度值DN(Digital Number）转换成入瞳处辐亮度或表观反射率，从而进一步提高遥感影像定量反演和解译能力，推动遥感定量化应用的发展。因此，对卫星传感器进行精度可靠的绝对辐射定标，对定量遥感的发展具有重要的意义。实现对目标的跟踪与探测，如太阳、月球，获取有效辐照度信息，是辐射定标的关键步骤。跟踪相机与信号探测镜头光轴平行保证了跟踪相机跟踪到目标的同时，目标在信号探测镜头的视场中心，避免了未同光轴导致测试不到信号、或者信号太小造成输出的DN值数据不准确。

现有的对带有跟踪与探测功能的辐射光谱仪的同光轴装调方法通常是采用两个激光水平仪进行装调，通过两个激光水平仪进行线线平行传递，平行基准较难建立，且需要采用复杂计算方法，步骤较为繁琐。

发明内容

为解决现有的带有跟踪与信号探测功能的辐射光谱仪同光轴装调方法的不足，本发明提出一种同光轴装调系统与方法，采用双光轴平行光管、平面反射镜、十字分划板、激光水平仪对辐射光谱仪的信号探测镜头和跟踪相机进行同光轴装调，最终实现跟踪相机与信号探测镜头光轴平行的目的。

本发明装调方法采用双光轴平行光管出射两束光轴平行光束进行面面平行传递装调，具有高精度且容易建立的平行基准，调节方法简单直观，可操作性较强，极大的提高了同光轴装调的效率，且对带有信号探测镜头与跟踪相机的光谱仪器都适用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统，所述系统包括辐射光谱仪、双光轴平行光管、激光水平仪、两台五维调整台、灯源、计算机、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一十字分划板、第二十字分划板；其中，

所述辐射光谱仪设置于第一五维调整台上，辐射光谱仪包括跟踪相机、信号探测镜头、CCD探测器和可见探测器；

所述双光轴平行光管和灯源组成整体光源，所述双光轴平行光管包括单离轴抛物镜、分束镜、第三平面反射镜；灯源放置于双光轴平行光管焦面处，双光轴平行光管采用单离轴抛物镜形成主光路，在主光路中分别放置分束镜和第三平面反射镜，通过调节分束镜和第三平面反射镜的相对位置关系，使得光轴平行光管的第一口径与双光轴平行光管的第二口径出射的光束光轴平行；

第一平面反射镜安装在信号探测镜头处，第二平面反射镜安装在双光轴平行光管第一口径处，根据激光水平仪、第一平面反射镜、第二平面反射镜调节信号探测镜头与双光轴平行光管第一口径出射的光束同光轴，第一十字分划板、第二十字分划板分别放置在双光轴平行光管第二口径和跟踪相机处，根据双光轴平行光管第二口径处第一十字分划板中心与跟踪相机光轴上的第二十字分划板中心所成的像在CCD探测器靶面位置，调节跟踪相机与双光轴平行光管第二口径出射的光束同光轴，信号探测镜头光轴和跟踪相机光轴分别与双光轴平行光管第一口径和双光轴平行光管第二口径出射的光束同光轴，由于双光轴平行光管第一口径和双光轴平行光管第二口径出射的光束光轴平行，从而实现信号探测镜头与跟踪相机光轴平行。

进一步，激光水平仪放置在双光轴平行光管第一口径与信号探测镜头两者之间的第二五维调整台上。

进一步，辐射光谱仪采用太阳辐射光谱仪，灯源采用标准灯或积分球，用于给太阳辐射光谱仪同光轴装调；或者辐射光谱仪采用微光类辐射光谱仪，灯源采用微光类灯源，用于给微光类辐射光谱仪同光轴装调。

进一步，信号探测镜头安装在辐射光谱仪的一侧，跟踪相机安装在辐射光谱仪的另一侧，信号探测镜头对准双光轴平行光管第一口径，跟踪相机对准双光轴平行光管第二口径，用游标卡尺测量并用第二十字分划板标记出跟踪相机的几何中心；可见探测器与信号探测镜头连接，CCD探测器与跟踪相机连接。

一种采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统的同光轴装调方法，包括如下步骤：

步骤1：建立双光轴平行光管整体光源；

步骤2：装调信号探测镜头的光轴与双光轴平行光管第一口径光束同光轴；

步骤3：装调跟踪相机的光轴与双光轴平行光管第二口径光束同光轴。

进一步，所述步骤1包括：双光轴平行光管采用单离轴抛物镜形成主光路，在主光路中放置分束镜和第三平面反射镜，以实现双光轴出射；其中分束镜采用半透半反镀膜方式，使光束一半透射一半反射，透射的光束经双光轴平行光管第一口径出射，反射的光束经第三平面反射镜反射从双光轴平行光管第二口径出射，通过光学调整分束镜和第三平面反射镜的相对位置关系，实现双光轴平行光管第一口径、双光轴平行光管第二口径出射的光束光轴平行，即实现双光轴平行光管；将灯源放置于双光轴平行光管焦面处，灯源和双光轴平行光管看成一个出射两束光轴平行光束的双光轴平行光管整体光源。

进一步，所述步骤2包括：将辐射光谱仪放置在第一五维调整台上，并将激光水平仪放置在双光轴平行光管第一口径与信号探测镜头之间的第二五维调整台上，打开激光水平仪的竖直、水平激光线，通过第二五维调整台调整激光水平仪位置，使激光水平仪所发出的竖直、水平激光线的中心在双光轴平行光管第一口径中心，固定激光水平仪位置，通过第一五维调整台调节辐射光谱仪，使激光水平仪前面一侧发射的竖直、水平激光线的中心在信号探测镜头中心，固定辐射光谱仪位置，将第一平面反射镜紧贴信号探测镜头出口放置，第二平面反射镜紧贴于双光轴平行光管第一口径放置，通过调节信号探测镜头周围的机械调整机构，使激光水平仪前面一侧发射的竖直、水平激光线的中心，经第一平面反射镜反射至双光轴平行光管第一口径处第二反射镜面上，与激光水平仪后面一侧直接传播至双光轴平行光管第一口径处的水平、竖直激光线中心重合，实现信号探测镜头光轴与双光轴平行光管第一口径所在平面法线平行，由于，当信号探测镜头的光轴与双光轴平行光管第一口径光轴平行时，辐射光谱仪中的可见探测器响应输出数值达到最大，同步结合计算机的输出数值，实时调整信号探测镜头周围的机械调整结构，使得信号探测镜头与双光轴平行光管第一口径光束光轴平行。

进一步，所述步骤3包括：在双光轴平行光管第二口径处放置第一十字分划板，使第一十字分划板上的十字丝位于双光轴平行光管第二口径的几何中心，即输出光束几何中心，用游标卡尺测量并用第二十字分划板标记出跟踪相机的几何中心，由于跟踪相机上第二十字分划板的十字丝在跟踪相机的主光轴上，即成像后在CCD探测器的靶面中心，从而通过判断双光轴平行光管第二口径上的第一十字分划板中心与跟踪相机上的第二十字分划板在CCD探测器靶面所成的像是否重合来进行同光轴装调，打开跟踪相机快门，调整积分时间，实时对双光轴平行光管第二口径输出光束进行拍照；调整跟踪相机周围的机械结构以实现跟踪相机平移、俯仰和旋转的调整，最终通过计算机观察双光轴平行光管第二口径处第一分划板十字丝中心与跟踪相机上的第二十字分划板十字丝在CCD探测器靶面所成像的相对位置，进行同光轴装调，由于双光轴平行光管第一口径与双光轴平行光管第二口径输出的光束光轴平行，因此，信号探测镜头与跟踪相机同光轴。

有益效果

本发明公开了一种采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统及方法，通过这种方法进行装调，利用双光轴平行光管两束光束光轴平行，以此为桥梁进行光轴平行传递，根据激光水平仪、平面反射镜调节信号探测镜头与双光轴平行光管第一口径出射的光束同光轴；根据双光轴平行光管第二口径出射的光在跟踪相机CCD探测器靶面的成像位置，实现第二口径出射光的像斑中心与CCD靶面几何中心重合。信号探测镜头和跟踪相机分别与双光轴平行光管第一口径和双光轴平行光管第二口径出射的光同光轴，从而实现信号探测镜头与跟踪相机光轴平行。通过该方法对辐射光谱仪进行装调，弥补了线线平行传递基准难以建立的不足，本发明装调方法采用双光轴平行光管出射两束光轴平行光束进行面面装调，具有高精度且容易建立的平行基准，调节方法简单直观，可操作性较强。极大的提高了辐射光谱仪同光轴装调的效率，且对带有信号探测镜头与跟踪相机的仪器都适用。

附图说明

图1为激光水平仪发光原理示意图；

图2为双光轴平行光管出光示意图；

图3为本发明辐射光谱仪同光轴装调系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理进一步详细说明。

本实例提供一种采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统及方法，具有装置简单、操作方便快捷的特点，本发明简化了已有的实验室辐射光谱仪装调方法，弥补了线线平行传递基准难以建立的不足，本发明装调方法采用双光轴平行光管出射两束光轴平行光束进行面面平行传递装调，具有高精度且容易建立的平行基准，调节方法简单直观，可操作性较强。极大的提高了辐射光谱仪同光轴装调的效率，且对带有信号探测镜头与跟踪相机的仪器都适用。

如图1所示，激光水平仪8采用柱面棱镜原理，使得出射的激光束能在空间中形成12条光线；12条光线在由激光水平仪8所围成的立方体中表现如下：上表面有相互垂直的两条光线，下表面有相互垂直的两条光线，共四条；前后左右四个面各有相互垂直的两条光线，共八条；总共为12条光线。

如图2所示，双光轴平行光管1采用单离轴抛物镜2，在主光路中分别放置分束镜3和第三平面反射镜4。其中分束镜3采用半透半反镀膜方式，使光束一半透射一半反射，透射的光束经双光轴平行光管1第一口径出射，反射的光束经第三平面反射镜4反射从双光轴平行光管1第二口径出射，通过光学调整分束镜3和第三平面反射镜4的相对位置关系，实现双光轴平行光管1第一口径和第二口径出射的光束主光轴平行，即实现双光轴平行光管1。

如图3所示，本发明的一种辐射光谱仪同光轴装调系统包括双光轴平行光管1、单离轴抛物镜2、分束镜3、第三平面反射镜4、灯源5、第二平面反射镜6、第一十字分划板7、激光水平仪8、第二五维调整台9、辐射光谱仪10、第一平面反射镜11、第二十字分划板12、信号探测镜头13、跟踪相机14、CCD探测器15、可见探测器16、第一五维调整台17、计算机18。其中灯源5放置在双光轴平行光管1的焦面处，第一十字分划板7放置在双光轴平行光管1第二口径处，双光轴平行光管1的出口输出两束光轴平行光束；激光水平仪8放置在双光轴平行光管1第一口径与信号探测镜头13两者之间；辐射光谱仪10放置在第一五维调整台17上，信号探测镜头13固定安装在辐射光谱仪10的一侧，跟踪相机14安装在辐射光谱仪10的另一侧，信号探测镜头13对准双光轴平行光管1第一口径，跟踪相机14对准双光轴平行光管1第二口径，第一平面反射镜11放置在信号探测镜头13处，第二平面反射镜6放置在双光轴平行光管1第一口径处，实现第一平面反射镜11的法线光轴与双光轴平行光管1第一口径的光轴平行；用游标卡尺测量并用第二十字分划板12标记出跟踪相机14的几何中心。跟踪相机14周围通过螺丝设有方位调节机构，可以方便通过同光轴装调装置调节跟踪相机14的光轴与信号探测镜头13的光轴平行；CCD探测器15与跟踪相机14连接，以实现实时传输拍摄的双光轴平行光管1第二口径处的光束在CCD探测器15的靶面的位置，通过调节跟踪相机14周围的螺丝达到同光轴装调的目的。

本发明的一种辐射光谱仪同光轴装调方法，包括如下步骤：

步骤1、建立双光轴平行光管1整体光源。双光轴平行光管1采用单离轴抛物镜2，在主光路中放置分束镜3和第三平面反射镜4，以实现双光轴出射的目的。其中分束镜3采用半透半反镀膜方式，使光束一半透射一半反射，透射的光束经双光轴平行光管1第一口径出射，反射的光束经第三平面反射镜4反射从双光轴平行光管1第二口径出射，通过光学调整分束镜3和第三平面反射镜4的相对位置关系，实现双光轴平行光管1第一口径、双光轴平行光管1第二口径出射的光束主光轴平行，即实现双光轴平行光管1；将灯源5放置于双光轴平行光管1焦面处，灯源5和双光轴平行光管1看成一个出射两束光轴平行光束的整体光源。

步骤2、装调信号探测镜头13的光轴与双光轴平行光管1第一口径光轴平行。将激光水平仪8放置在双光轴平行光管1第一口径与信号探测镜头13之间，打开激光水平仪8的竖直与水平激光线，通过第二五维调整台9调整激光水平仪8位置，使激光水平仪8所发出的竖直与水平激光线在双光轴平行光管1第一口径中心，固定激光水平仪8位置。通过第一五维调整台17调节辐射光谱仪10，使激光水平仪8前面一侧发射的竖直光线、水平光线在信号探测镜头13中心，固定辐射光谱仪10位置。将第一平面反射镜11紧贴信号探测镜头13出口放置，第二平面反射镜6紧贴于双光轴平行光管1第一口径放置。通过调节信号探测镜头13周围的机械调整机构，使激光水平仪8前面一侧发射的竖直、水平光线，经第一平面反射镜11反射至双光轴平行光管1第一口径处第二平面反射镜6面上，与激光水平仪8后面一侧直接传播至双光轴平行光管1第一口径处的水平、竖直光线中心重合，实现信号探测镜头13光轴与双光轴平行光管1第一口径所在平面法线平行。此外，由于光纤输入端的光纤的排布方式，当信号探测镜头13的光轴与双光轴平行光管1第一口径光轴平行时，辐射光谱仪10中的可见探测器16响应输出数值达到最大，同步结合计算机18的输出数值，实时调整信号探测镜头13周围的机械调整结构，使得信号探测镜头13与双光轴平行光管1第一口径光轴平行。

步骤3、在双光轴平行光管1第二口径处放置第一十字分划板7，使第一十字分划板7上的十字丝位于双光轴平行光管1第二口径的几何中心，即输出光束几何中心。用游标卡尺测量并用第二十字分划板12标记出跟踪相机14的几何中心。由于跟踪相机14上第二十字分划板12的十字丝在跟踪相机14的主光轴上，即成像后在CCD探测器15的靶面中心。从而可以通过判断双光轴平行光管1第二口径上的第一十字分划板7中心与跟踪相机14上的第二十字分划板12在CCD探测器15靶面所成的像是否重合来进行同光轴装调。打开跟踪相机14快门，调整积分时间，实时对双光轴平行光管1第二口径输出光束进行拍照；调整跟踪相机14周围的机械结构以实现跟踪相机14平移、俯仰和旋转的调整，最终通过计算机18观察双光轴平行光管1第二口径处第一十字分划板7十字丝中心与跟踪相机14上的第二十字分划板12十字丝在CCD探测器15靶面所成像的相对位置，进行同光轴装调。由于双光轴平行光管1第一口径与双光轴平行光管1第二口径输出的光光轴平行，因此，信号探测镜头13与跟踪相机14同光轴。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用双光轴平行光管的辐射光谱仪同光轴装调系统，其特征在于：所述系统包括辐射光谱仪、双光轴平行光管、激光水平仪、两台五维调整台、灯源、计算机、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一十字分划板、第二十字分划板；其中，

所述辐射光谱仪设置于第一五维调整台上，辐射光谱仪包括跟踪相机、信号探测镜头、CCD探测器和可见探测器；

所述双光轴平行光管和灯源组成整体光源，所述双光轴平行光管包括单离轴抛物镜、分束镜、第三平面反射镜；灯源放置于双光轴平行光管焦面处，双光轴平行光管采用单离轴抛物镜形成主光路，在主光路中分别放置分束镜和第三平面反射镜，通过调节分束镜和第三平面反射镜的相对位置关系，使得光轴平行光管的第一口径与双光轴平行光管的第二口径出射的光束光轴平行；

第一平面反射镜安装在信号探测镜头处，第二平面反射镜安装在双光轴平行光管第一口径处，根据激光水平仪、第一平面反射镜、第二平面反射镜调节信号探测镜头与双光轴平行光管第一口径出射的光束同光轴，第一十字分划板、第二十字分划板分别放置在双光轴平行光管第二口径和跟踪相机处，根据双光轴平行光管第二口径处第一十字分划板中心与跟踪相机光轴上的第二十字分划板中心所成的像在CCD探测器靶面位置，调节跟踪相机与双光轴平行光管第二口径出射的光束同光轴，信号探测镜头光轴和跟踪相机光轴分别与双光轴平行光管第一口径和双光轴平行光管第二口径出射的光束同光轴，由于双光轴平行光管第一口径和双光轴平行光管第二口径出射的光束光轴平行，从而实现信号探测镜头与跟踪相机光轴平行。

2.根据权利要求1所述的同光轴装调系统，其特征在于，激光水平仪放置在双光轴平行光管第一口径与信号探测镜头两者之间的第二五维调整台上。

3.根据权利要求1所述的同光轴装调系统，其特征在于，辐射光谱仪采用太阳辐射光谱仪，灯源采用标准灯或积分球，用于给太阳辐射光谱仪同光轴装调；或者辐射光谱仪采用微光类辐射光谱仪，灯源采用微光类灯源，用于给微光类辐射光谱仪同光轴装调。

4.根据权利要求1所述的同光轴装调系统，其特征在于，信号探测镜头安装在辐射光谱仪的一侧，跟踪相机安装在辐射光谱仪的另一侧，信号探测镜头对准双光轴平行光管第一口径，跟踪相机对准双光轴平行光管第二口径，用游标卡尺测量并用第二十字分划板标记出跟踪相机的几何中心；可见探测器与信号探测镜头连接，CCD探测器与跟踪相机连接。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的系统的同光轴装调方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立双光轴平行光管整体光源；

步骤2：装调信号探测镜头的光轴与双光轴平行光管第一口径光束同光轴；

步骤3：装调跟踪相机的光轴与双光轴平行光管第二口径光束同光轴。

6.根据权利要求5所述的装调方法，其特征在于，所述步骤1包括：双光轴平行光管采用单离轴抛物镜形成主光路，在主光路中放置分束镜和第三平面反射镜，以实现双光轴出射；其中分束镜采用半透半反镀膜方式，使光束一半透射一半反射，透射的光束经双光轴平行光管第一口径出射，反射的光束经第三平面反射镜反射从双光轴平行光管第二口径出射，通过光学调整分束镜和第三平面反射镜的相对位置关系，实现双光轴平行光管第一口径、双光轴平行光管第二口径出射的光束光轴平行，即实现双光轴平行光管；将灯源放置于双光轴平行光管焦面处，灯源和双光轴平行光管看成一个出射两束光轴平行光束的双光轴平行光管整体光源。

7.根据权利要求5所述的装调方法，其特征在于，所述步骤2包括：将辐射光谱仪放置在第一五维调整台上，并将激光水平仪放置在双光轴平行光管第一口径与信号探测镜头之间的第二五维调整台上，打开激光水平仪的竖直、水平激光线，通过第二五维调整台调整激光水平仪位置，使激光水平仪所发出的竖直、水平激光线的中心在双光轴平行光管第一口径中心，固定激光水平仪位置，通过第一五维调整台调节辐射光谱仪，使激光水平仪前面一侧发射的竖直、水平激光线的中心在信号探测镜头中心，固定辐射光谱仪位置，将第一平面反射镜紧贴信号探测镜头出口放置，第二平面反射镜紧贴于双光轴平行光管第一口径放置，通过调节信号探测镜头周围的机械调整机构，使激光水平仪前面一侧发射的竖直、水平激光线的中心，经第一平面反射镜反射至双光轴平行光管第一口径处第二反射镜面上，与激光水平仪后面一侧直接传播至双光轴平行光管第一口径处的水平、竖直激光线中心重合，实现信号探测镜头光轴与双光轴平行光管第一口径所在平面法线平行，由于，当信号探测镜头的光轴与双光轴平行光管第一口径光轴平行时，辐射光谱仪中的可见探测器响应输出数值达到最大，同步结合计算机的输出数值，实时调整信号探测镜头周围的机械调整结构，使得信号探测镜头与双光轴平行光管第一口径光束光轴平行。

8.根据权利要求5所述的装调方法，其特征在于，所述步骤3包括：在双光轴平行光管第二口径处放置第一十字分划板，使第一十字分划板上的十字丝位于双光轴平行光管第二口径的几何中心，即输出光束几何中心，用游标卡尺测量并用第二十字分划板标记出跟踪相机的几何中心，由于跟踪相机上第二十字分划板的十字丝在跟踪相机的主光轴上，即成像后在CCD探测器的靶面中心，从而通过判断双光轴平行光管第二口径上的第一十字分划板中心与跟踪相机上的第二十字分划板在CCD探测器靶面所成的像是否重合来进行同光轴装调，打开跟踪相机快门，调整积分时间，实时对双光轴平行光管第二口径输出光束进行拍照；调整跟踪相机周围的机械结构以实现跟踪相机平移、俯仰和旋转的调整，最终通过计算机观察双光轴平行光管第二口径处第一十字分划板十字丝中心与跟踪相机上的第二十字分划板十字丝在CCD探测器靶面所成像的相对位置，进行同光轴装调，由于双光轴平行光管第一口径与双光轴平行光管第二口径输出的光束光轴平行，因此，信号探测镜头与跟踪相机同光轴。