[发明专利]用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及成像光谱技术和辐射定标技术领域，具体涉及一种用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统。

背景技术

定量化遥感是大气、海洋等遥感领域发展的重点方向。对空间遥感器定标是遥感信息定量化的前提，遥感数据的可靠性及应用的深度和广度在很大程度上取决于遥感器的定标准确度。同时定标后的数据不依赖于遥感器的数据，其辐射值仍保持着目标结构和成分的物理信息。如果可以利用一个合适的辐射特性已知的天然星体，则是一个非常有价值的定标源。月球是唯一一个包含在地球轨道上绝大多数成像光谱仪动态范围内的天然星体，被称作“solar diffuser”，月球表面有极好的辐射稳定性，一旦准确地确定出月球光谱辐射亮度随相位角和天平动角的变化关系，就可以将月球用作空间遥感器的长期定标源。

目前国内外都建立了相关的地基对月观测系统，但是主要都集中在滤光片型光谱成像仪。滤光片型成像仪是通过旋转滤光片轮切换不同的滤光片进入光路来实现不同谱段的光谱测量，由于滤光片型成像光谱仪的工作原理所致，其一般只有几个谱段。因此，采用滤光片型成像光谱仪的地基对月观测系统只能得到几个离散谱段的月球光谱图像数据，不能得到月球的高光谱分辨率的连续光谱图像数据，也就不能通过计算获得月球的连续光谱辐射亮度信息，而月球若用作空间遥感器的长期定标源是需要获取月球的宽波段连续高光谱辐射数据，并且这种采用滤光片型光谱成像仪的地基对月观测系统受滤光片带宽的限制光谱分辨率较低，无法满足地基对月观测时的宽波段高光谱分辨率的要求。

发明内容

为了解决现有采用滤光片型光谱成像仪的地基对月观测系统存在的波段窄、谱段数少、观测光谱不连续、光谱分辨率低的问题，本发明提出一种用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的用于地基对月观测的宽波段高光谱分辨率成像系统，安装在二维跟踪转台上，包括：主镜、次镜、入射狭缝、楔形分色片、第一VNIR反射镜、VNIR凸面光栅、第二VNIR反射镜、VNIR平面转折镜、VNIR级次选择滤光片、VNIR焦平面探测器、第一IR反射镜、IR凸面光栅、第二IR反射镜、IR级次选择滤光片和IR焦平面探测器；

调整二维跟踪转台使宽波段高光谱分辨率成像系统的视轴对准月球圆盘的右边缘，月球圆盘的一个条带经主镜和次镜反射聚焦后成像在入射狭缝上，形成狭缝像；

从入射狭缝出射的可见近红外波段的光束依次经楔形分色片反射、第一VNIR反射镜反射、VNIR凸面光栅色散后、第二VNIR反射镜聚焦、VNIR平面转折镜折转、VNIR级次选择滤光片滤光后分波长聚焦成像在VNIR焦平面探测器上；

从入射狭缝出射的红外波段的光束依次经楔形分色片透射、第一IR反射镜反射、IR凸面光栅色散后、第二IR反射镜聚焦、IR级次选择滤光片滤光后分波长聚焦成像在IR焦平面探测器上；

当狭缝像从月球圆盘的右边缘扫描至左边缘时，完成对月球圆盘的一次扫描；再次调整二维跟踪转台使宽波段高光谱分辨率成像系统的视轴重新对准月球圆盘的右边缘，重新开始下一次的扫描观测，依次循环往复，实现对整个月球圆盘的宽波段、高光谱分辨率扫描观测。

进一步的，所述主镜的二次曲面系数K₁满足：-1≤K₁≤-1.5；所述次镜的二次曲面系数K₂满足：-1.5≤K₂≤-5；所述次镜对主镜的遮拦比小于30％。

进一步的，所述入射狭缝为弯曲狭缝，所述入射狭缝的安装面为柱面，所述入射狭缝的安装面的旋转轴垂直于入射狭缝长度方向，所述入射狭缝的安装面的曲率半径R₃满足：50mm≤R₃≤100mm。

进一步的，所述楔形分色片采用ZnSe材料制成，其楔角β满足：0.15≤β≤0.3；宽波段高光谱分辨率成像系统的工作波段利用楔形分色片分为可见近红外波段和红外波段，视场角FOV满足：1.2≤FOV≤1.6，焦距f满足：460mm≤f≤560mm，相对孔径D/f满足：1/5≤D/f≤1/3。

进一步的，所述VNIR凸面光栅分为A区和B区，A区和B区的闪耀波长不同，A区用于提高短波的衍射效率，B区用于提高长波的衍射效率，A区的面积S_A和B区的面积S_B满足：1.2S_A≤S_B≤1.5S_A。