[实用新型]一种宽覆盖高分辨率温室气体成像光谱仪

说明书

本实用新型公开了一种宽覆盖高分辨率温室气体成像光谱仪。它的光学系统包括反射式前置望远物镜和准直镜头，以及多路独立的分光成像装置。多个光谱通道共用前置望远物镜和准直镜头，无需考虑空间对准问题，结构均为三反射镜结构；分光装置采用近Littrow装架、棱镜+棱镜光栅+棱镜的结构，由反射式浸没光栅分光，楔形棱镜辅助色散和矫正畸变；成像装置采用透射匹兹万结构。本实用新型提供的光谱仪具有宽覆盖、低畸变、大相对孔径、高透过率、高分辨率的优点，可用于同时对四种不同类型的温室气体浓度的高精度定量探测。

技术领域

本实用新型涉及一种成像光谱仪，特别涉及一种适用于高精度遥感探测大气温室气体浓度的成像光谱仪，具有宽覆盖、低畸变、大相对孔径、高分辨率、高光谱分辨率的特点。

背景技术

近年来，大气环境问题日渐突出，气候变化影响逐渐加剧，已经成为全球关注的热点。大气中CO₂和CH₄对辐射强迫的贡献最大，是导致全球变暖的最主要温室气体。因此，减少这些气体的排放称为21世纪最重大的环境挑战之一。通过密集的时间和空间采样，利用卫星测量全球大气温室气体浓度的分布，能够加深对自然的和人为的表面碳通量的理解。目前，国际上具备较大影响力和研究能力的美国、欧洲、日本、中国等都在积极研发和研制用于全球温室气体分布变化监测和分析的设备。

美国研制的OCO/OCO-2卫星和中国研制的TANSAT卫星验证了平面光栅探测大气二氧化碳浓度的可能性，并在空间上实现了应用，但受限于光栅的畸变大、衍射效率低、仅能探测TM偏振态信息等不足，这两种温室气体光谱仪总体能量利用率低、地面覆盖小。日本GOSAT卫星上的温室气体探测仪TANSO-FTS采用傅里叶变换干涉型光谱仪，同样实现了大气温室气体的高精度探测，但其地面采样点为孤立区域，难以获得空间连续的CO2浓度信息。因此，研制宽覆盖、高成像性能、高透过率、高分辨率、高精度的温室气体成像光谱仪具有强烈的应用需求和前景。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种用于遥感探测，具有高成像性能、低畸变、宽覆盖、高透过率、高分辨率特性的温室气体成像光谱仪。

为实现上述实用新型目的，本实用新型所采用的技术方案是提供一种宽覆盖高分辨率温室气体成像光谱仪，它的光学系统包括前置望远物镜、准直镜头和四个分光成像装置，系统的F数取值范围为1.2～1.8；按光线入射方向，光线经孔径光阑进入前置望远物镜，成像于狭缝处，经准直镜头准直为平行光束，由二向色性分色片分为四个不同的探测波段，分别进入四个分光成像装置中进行分光色散，再经成像镜组成像于探测器上；

所述的前置望远物镜为有中间实像的同轴偏视场三反射式结构，依次为主镜、次镜和三镜，孔径光阑位于主镜前，中间实像位于主镜和次镜之间，靠近次镜处；反射镜中的一块或两块为非球面；

所述的准直镜头为有中间实像的同轴偏视场三反射式结构，依次为准直镜头主镜、准直镜头次镜和准直镜头三镜，中间实像位于准直镜头次镜和准直镜头三镜之间，靠近准直镜头次镜处；反射镜中的一块或两块为非球面；

所述的分光成像装置为近Littrow装架，依次为第一楔角棱镜、反射式浸没光栅和第二楔角棱镜。

本实用新型提供的一种宽覆盖高分辨率温室气体成像光谱仪，它的成像镜组为透射式匹兹万结构，F数的取值范围为1.2～1.8；所述前置望远物镜和准直镜头的F数取值范围为1.8～4。

本实用新型提供的宽覆盖高分辨率温室气体成像光谱仪，依据探测目标可设置不同的工作波段：氧气-A(O₂-A)吸收带0.7525～0.7675μm，弱二氧化碳(CO₂)吸收带1.595～1.625μm，强二氧化碳(CO₂)吸收带2.04～2.08μm，甲烷(CH₄)吸收带2.275～2.325μm，通过四个独立设置的分光成像装置，用于同时高精度定量探测四种不同类型的温室气体的浓度。