[发明专利]一种共口径多通道全波段高光谱成像系统

说明书

本发明公开了一种共口径多通道全波段高光谱成像系统，采用二次视场分离法，通过在主反射镜和次反射镜形成的中间像面上设置轴上视场分离器实现一次视场分离，将不同视场的光线进行分离形成2个视场通道，再经三反射镜反射至离轴视场分离器实现二次视场分离，再次将不同视场的光线进行分离形成6个视场通道，为多个光谱仪模块化对接提供更为充足的布局空间，突破了传统分光器件无法实现全波段高衍射效率分光的限制，满足全波段高光谱成像系统的需求；该系统容易实现大口径设计，进行大视场成像，且结构紧凑，有利于实现全波段高光谱载荷设计的轻小型化。

技术领域

本发明涉及遥感成像技术，具体是指一种共口径多通道全波段高光谱成像系统，可应用于机载或星载的多波段、全波段高光谱对地成像监测。

背景技术

高光谱成像技术是80年代发展起来的遥感技术，与传统的光谱仪不同的是，高光谱成像技术是集成像与光谱于一体(图谱合一)，以纳米级高光谱分辨率，在获取目标二维空间图像信息的同时，同步获取目标的连续精细光谱信息，使空间遥感的探测能力大为提高，可广泛应用于陆地、大气、海洋等观测中。

目前典型高光谱成像系统主要有已发射的美国EO-1卫星搭载的Hyperion(波段范围为0.4～2.5μm)、欧空局PROBA-1卫星搭载的CHRIS(波段范围为0.4～1.05μm)、美国MRO卫星搭载的CRISM(波段范围为0.4～4.05μm)和在研的意大利的PRISM(预计2018年发射，波段范围为0.4～2.5μm)、德国的EnMAP/HIS(预计2018年发射，波段范围为0.42～2.45μm)、加拿大的Hero(预计2020年发射，波段范围为0.42～2.45μm)、美国的HyspIRI(预计2023发射，波段范围为0.38～2.5μm)，国内的高光谱成像系统主要有已发射的HJ-1A卫星搭载的高光谱成像仪(波段范围为0.45～1.05μm)、Spark-0102卫星搭载的高光谱成像仪(波段范围为0.42～1.0μm)。由此可见，现阶段已投入应用的及在研的高光谱成像系统波段范围仅覆盖可见/近红外和短波红外，均无法获取中长波波段范围的光谱信息。

近年来，遥感探测技术得到了飞速的发展，高光谱遥感成像载荷在目标特征识别方面体现出独特的优势，在地球资源勘探、环境减灾、城市规划、地理测绘、农林资源普查等领域的作用越来越突出。但鉴于不同目标对各个波段电磁波的反射率和发射率存在的差异以及各类用户对目标的光谱信息要求的多样化，单一波段的高光谱成像已经很难满足各种各样的使用需求。在此背景下，对覆盖0.3μm～16μm紫外至甚长波红外多波段甚至全波段无间隔高光谱成像探测系统提出了迫切的需求。

传统的多波段成像系统是将多套单波段光学系统拼接在一起实现多波段成像，称之为分布式成像系统，但由于结构体积庞大，难以实现小型轻量化，机动性能差，因此在很大程度上限制了其应用领域。为了满足日益复杂的应用环境，多波段共口径成像系统便应运而生。

常用多波段共口径成像系统主要包括共用的主光学结构、分光元件及分立的后置光路三部分组成，其中主光学结构有多种实现方式，包括卡塞格林式、离轴三反式或简单的一组透镜等；分光元件包括棱镜、平行平板等；后置光路一般由多个单独的镜头外加能够响应不同波段的探测器组成光谱仪模块。早期的多波段成像光学系统是共用一个主光学系统，将可见和红外光路整合在一个通道里面，利用分光器件实现可见和红外光路分光。但受限于目前分光器件无法实现全波段高衍射效率分光的限制，所以全波段成像系统需要通过多波段光谱仪模块化设计，因此要实现0.3μm～16μm紫外至甚长波红外全波段无间隔高光谱成像探测，其光谱仪至少需分为：全色光谱仪模块、紫外可见近红外光谱仪模块、短波红外光谱仪模块、中波红外光谱仪模块、长波红外光谱仪模块和长波红外光谱仪模块6个模块。但现有主光学结构可布局空间小，均无法满足多光谱仪模块对接的要求，即全波段模块化高光谱仪无法实现工程化应用布局，因此，如何突破主光学结构布局空间小，分光器件无法实现全波段高衍射效率分光的限制，实现全波段高光谱成像，是当前国内外亟待解决的一大技术难题。

发明内容