[发明专利]一种基于地球同步轨道差分吸收光谱仪的定标光学系统

说明书

本发明公开了一种基于地球同步轨道差分吸收光谱仪的定标光学系统，由摆镜系统、前置光学系统、太阳光漫反射板组件和太阳光挡门组件构成。摆镜系统由指向镜、摆扫轴系、电机谐波组、摆镜U型支架组成。前置光学系统由主镜、次镜、第三反射镜、平面反射镜及狭缝组成。太阳漫反射板组件由聚四氟乙烯漫反射板和相应结构件组成。太阳光挡门组件包括太阳挡板和电机组件。该定标光学系统利用合适的星上定标时机，引入光谱辐照度稳定已知的大气外太阳照明双向反射分布函数，从而精确测定漫反射板，建立光谱辐亮度已知的近似朗伯面源，为遥感器提供已知的辐射输入。本发明测量准确性高，体积紧凑，轻量化，且可靠性高。

技术领域

本发明属于一种光学测量方法领域，具体是基于地球同步轨道下的一种收集、汇聚太阳光进入星载差分吸收光谱仪进行定标的光学系统，通过引入太阳光作为定标光源，实现光谱仪工作波段全光路、全口径的星上绝对辐射定标，同时对光谱仪在轨稳定性进行长期监测。

背景技术

国内外常用的星载、机载差分吸收光谱仪的定标光学系统采用的方式基本上都是：太阳光结合漫射板的组合方式。利用太阳辐射作为定标辐射源，校正主光路辐射响应变化；利用参考定标器，校正工作定标板自身衰退引入的误差。

地球同步轨道该差分吸收光谱仪在卫星的本体坐标系定义如图2所示，其中遥感器+Z 指向地心，+X向为飞行方向，根据右手定则可确定+Y方向。静止轨道类型的卫星轨道平面 (XZ面)基本与地球赤道面重合，因此太阳矢量与XZ面(赤道面)夹角即赤纬角，整年变化范围约±23°26′。定义春分-夏至-秋分两个季节内(太阳都在北半球)太阳赤纬角为正，而太阳位于南半球的两季太阳赤纬角为负值。相对而言，每次定标(按5分钟计)的时间太阳赤纬角变化基本可忽略，但每天卫星随地球自转的产生的时角-太阳光线在卫星本体坐标系下XZ面投影与-X轴的夹角变化约4°/min。

某些国外星载差分吸收光谱仪定标光学系统，利用在摆镜入瞳前端添加漫透射板来实现在轨光谱辐射定标。为满足系统定标要求，摆镜的入光前端设计有定标轮：分别为对地观测窗口，太阳光定标窗口和参考窗口，此外也可实现窗口遮挡，进行暗背景测量。太阳定标窗口和参考窗口安装有石英漫透射板。这样的设计的优点是，定标光路和对地观测光路完全重合，缺点是前端的定标轮口径偏大，导致整体光谱仪系统体积偏大。同时添加的转动部件导致仪器可靠性下降，一旦定标窗口无法正常切换到主光路对地观测窗口，仪器将会完全失效，不利于仪器的整体可靠性。

目前国内外基于地球同步轨道的差分吸收光谱仪系统，尤其是在大气环境检测领域，高分辨率的差分吸收光谱仪在紫外/可见探测波段(300nm～500nm)，基于太阳光和漫反射板组合的定标光学系统尚属空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于地球同步轨道差分吸收光谱仪的定标光学系统，在确定轨道参数(定标时刻太阳照明角度)，通过打开太阳档门引入太阳光，照射到太阳光漫反射板。同时，光谱仪的摆镜转动到某个角度，将漫反板形成的漫射光引入主光学系统，摆镜转动的角度避免对地观测的光信息进入主光学系统，主镜只能接收到来自漫反射板传递过来的光信息，通过前置三反系统，经平面转折镜进入狭缝，实现定标。当太阳光将漫反射板完全照明后可以开始数据采集，当定标结束时候，关闭太阳光档门，摆镜转动到对地观测模式下的角度。该方法解决了基于地球同步轨道差分吸收光谱仪在轨定标用定标轮结合漫透射的方式，避免了光学系统整体体积偏大、重量偏重、可靠性下降等问题。