[发明专利]一种干涉型傅立叶变换光谱仪摆臂运动控制系统

说明书

本发明提出了一种干涉型傅立叶变换光谱仪摆臂运动控制系统。利用半导体激光器发出激光光束，进入傅立叶变换光谱仪光学系统后随摆臂运动形成光程差，从而产生P光和S光两路正交的干涉条纹，被激光探测器感知后经光电转换生成微弱正弦信号，将其放大至伏级后再过零检测生成正交A/B脉冲，作为干涉仪摆臂运动控制的位置反馈；然后设计数字控制器规划运动曲线，用高精度闭环控制算法计算控制量，功率放大后驱动音圈电机带动摆臂做等光程差运动。本发明可用于干涉型傅立叶变换光谱仪摆臂控制，速度稳定度优于0.4％，还可根据串行指令切换扫描速度、修正零位偏置，并为成像电路提供等位置间隔的采样脉冲用于触发曝光。

技术领域

本发明属于空间遥感光谱探测领域，涉及一种干涉型傅立叶变换光谱仪摆臂运动控制系统。

背景技术

光谱探测仪用于在轨遥感探测温室气体分布，是当前大气遥感中的一个重要领域和发展方向。目前在ENVISAT-1上的SCIAMACHY、MIPAS，AURA上的TES、AQUA上AIRS、Terra上的MOPPIT以及METOP-A上IASI等都具有一定的温室气体探测能力。但完全以温室气体为探测目标的载荷到目前为止有：美国的OCO和日本GOSAT上的TANSO。其中OCO由于发射失败，未能进入A-Train队列进行在轨观测。当前只有日本GOSAT上的TANSO在轨正常运行。在2009年12月的AGU年会上，日本GOSAT团队发布了TANSO在轨观测和反演分析数据，并于2010年春开始向全球相应研究机构提供数据产品。

干涉型傅立叶变换光谱仪具有信噪比高、光谱分辨率不受谱段范围限制、光谱位置稳定等优势，其核心是需要解决摆臂非线性往复摆动问题，在焦面投影方向上实现严格的等光程差运动，才能实现对输入光束进行动态干涉调制，输出干涉光信号和等光程差的采样脉冲等信号；干涉图信号被采集并数字化后，通过逆傅立叶变换计算就可以复原出被测光谱信息。

目前国内尚无科研院所研发成功干涉型傅立叶变换光谱仪摆臂运动控制系统，国外仅有加拿大ABB公司的ACE卫星有类似控制系统成功运行，但其精度尚不能满足当前更高的任务需求。

发明内容：

本发明解决的技术问题是：本发明构建了一套干涉型傅立叶变换光谱仪摆臂运动控制系统，能够驱动干涉型光谱仪摆臂在焦面投影方向上实现严格的等光程差运动，从而实现光谱探测仪入射光束的动态干涉调制，同时还为红外信号处理器提供等位置间隔采样脉冲。

本发明的技术方案是：一种干涉型傅立叶变换光谱仪摆臂运动控制系统，包括半导体激光器、激光探测器1、激光探测器2、微弱信号放大电路、移相电路、过零检测电路、可逆计数器电路、角速度计算模块、规划运动曲线模块、数字控制器、电机驱动电路、地面检测设备；

半导体激光器发出激光光束，进入傅立叶变换光谱仪光学系统后分为两路，分别为P光和S光。

激光探测器1、激光探测器2接收P光和S光，分别对P光和S光进行光电转换，生成两路正交的干涉信号，分别为正弦电信号和余弦电信号送至微弱信号放大电路，正弦电信号和余弦电信号为毫伏级；

微弱信号放大电路对正弦电信号和余弦电信号进行放大，将毫伏级信号放大至伏级送至移相电路；

移相电路将放大后的正弦电信号和余弦电信号相位调整到相差90°后，作为相移电路的输出送至过零检测电路；

过零检测电路，将移相电路输出的正弦电信号和余弦电信号均变为A脉冲和B脉冲，A脉冲和B脉冲相位相差90°，将A脉冲和B脉冲送至可逆计数器电路；

可逆计数器电路，能够检测出A脉冲和B脉冲的相位关系及A脉冲的上升沿，在摆臂往复运动时，对A脉冲的上升沿数量进行加减计数；将计数结果作为摆臂实时位置送至角速度计算模块和数字控制器；

角速度计算模块，对输入的摆臂实时位置进行微分运算，得到摆臂的角速度送至数字控制器；