[发明专利]一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计

说明书

本发明公开了一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计，上位工控机下发测量命令，在确定初始位置后，启动视日轨迹跟踪命令，程序计算出转到太阳方位需要的水平俯仰电机步数，发送给下位机嵌入式控制系统，下位机嵌入式控制电机驱动系统实现水平、俯仰电机转动使探测头到当前太阳的方位后，太阳的影像出现在CCD探测器视场内，启动CCD图像精跟踪，太阳光经所述跟踪成像光学系统后照射在CCD探测器的靶面中心处，对视场内的太阳影像进行采集与存储并发送给上位工控机，上位工控机程序对采集到的图像进行分析是否跟准了太阳。本发明采用了图像跟踪技术替代了四象限跟踪，实现全天候下的跟踪，实现大视场的跟踪。

技术领域

本发明涉及大气科学实验测量仪器技术领域，尤其涉及一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计。

背景技术

卷云又称冰云，是全球范围最常见的云型之一，大约覆盖地球表面的20％-30％，其辐射特性对全球辐射平衡、气候、对工作于于大气中的光电仪器性能和大气红外背景辐射都有重要的影响，因此对卷云的探测具有重要的意义。目前主要的地基探测手段是激光雷达，由于卷云的位置较高，并且通常光学上很薄，给探测和研究带来了很大困难，对于卷云的观测资料还较少，因此为了加深对卷云的了解和认识，需要发展新的探测手段和方法来获取卷云的光学性质。

由于卷云中冰晶粒子尺度较大，前向散射强，在前向小角度范围内，太阳光的强度随视场有明显的变化，且这些变化随卷云中冰晶粒子形状、粒子尺度和光学厚度变化。因此测量前向小角度不同视场的太阳光有可能区分卷云和气溶胶，并提取粒子光学厚度、有效粒子尺度等信息,并且研究其前向小角散射对仪器探测的影响(卷云与气溶胶相比在0°到5°前向小角内，卷云前向散射相函数变化剧烈而气溶胶粒子的相函数相对来说要平缓的多)。

传统的常用太阳光度计在我国多个典型地区测量的数据对大气环境和辐射传输以及光学工程的应用具有重要的意义。鉴于常用太阳光度计的重要性，一般都是在晴朗大气环境下测量大气粒子，在有云条件下的数据不可用，因此一种能应用于卷云遥感同时也可以测量气溶胶的新型太阳光度计的研制成为必要。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于卷云光学特性测量的太阳光度计，包括有探测头、CCD探测器、上位工控机、下位机嵌入式控制系统、电机驱动系统和信号处理系统，所述的探测头包括有平行安装的跟踪成像光学系统和光学探测系统，上位工控机下发测量命令，在确定初始位置后，启动视日轨迹跟踪命令，程序计算出转到太阳方位需要的水平俯仰电机步数，发送给下位机嵌入式控制系统，下位机嵌入式控制系统控制电机驱动系统实现水平、俯仰电机转动使探测头到当前太阳的方位后，太阳的影像出现在CCD探测器视场内，启动CCD图像精跟踪，太阳光经所述跟踪成像光学系统后照射在CCD探测器的靶面中心处，对视场内的太阳影像进行采集与存储并发送给上位工控机，上位工控机程序对采集到的图像进行分析是否跟准了太阳，计算太阳光斑中心坐标与CCD探测器视场中心坐标进行比较，控制电机驱动系统调节跟踪成像光学系统逐渐靠近太阳，直到在跟踪误差允许的像数范围内，在判断跟准后，上位工控机下发测量命令，测量时下位机嵌入式控制系统控制电机驱动系统转动光学探测系统进行测量，太阳光信号通过光学探测系统后转化为电压信号，通过信号处理系统处理后将测量数据上传给上位工控机并保存，实现在较短时间内测量并实时跟踪。

所述的跟踪成像光学系统包括有衰减片，在衰减片后方放有一组聚焦透镜一，所述的CCD探测器安装在聚焦透镜一的后方，太阳光先依次经衰减片和聚焦透镜一后照射在CCD探测器的靶面中心处的。