星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种星载环境监测仪立体多视角模拟在轨定标系统，立体多视角模拟在轨定标系统包含两条光路：模拟太阳光定标光路和主视场测量光路；利用光源发出的光线，使用旋转升降及角度调节装置调整、设置光源的立体方位和视角，模拟在轨时入射的太阳光，通过两镜式望远镜和漫反射器件接收模拟太阳光光源辐射、主视场辐射并会聚输出的光学机械系统。本发明通过光源在多个视角下的入射，模拟在轨时太阳光的入射方位和角度，验证仪器设计参数，辅助仪器装调，校准系统性能，并与在轨定标结果进行对比验证；通过控制旋转光路切换反射板和漫反射板旋转座两处转动机构同时实现两条光路测量，从而降低了系统体积和重量。
【专利说明】
星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统
技术领域
[0001]本发明涉及立体多视角模拟在轨定标光学装置领域，具体是一种星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统。【背景技术】
[0002]星载环境监测仪系统是通过探测地球大气或表面反射、散射的紫外/可见光辐射来解析痕量气体成分的分布和变化。仪器的定标是遥感数据定量化的前提和基础。仪器设计了在轨太阳光定标光路，实现光谱与辐射定标。其关键技术有大视角、宽光谱、高分辨率光谱成像技术，且满足卫星的尺寸、重量、结构和可靠性要求。同时，为保证卫星发射后环境监测仪在轨太阳光定标光路的正常工作，需要建立地面模拟太阳光定标系统，得到不同角度太阳光入射后定标数据，验证、确定太阳入射孔、漫反射板参数指标，辅助进行仪器定标系统的装配和调试，并检验、校准光学系统性能。
[0003]
【发明内容】
本发明的目的是提供一种星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，经过仪器定标光路散射、反射、会聚输出，并与仪器测量光路自由切换的光学和机械系统，解决目前缺乏星上定标的地面模拟装置、光路切换结构复杂、系统实际装调测试困难的难题。
[0004]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为:星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:包括有封闭的壳体，壳体后侧壁上开有供光通过的太阳光入射孔，壳体外后方设有可旋转的升降台，所述升降台上安装有角度可调的平行光管，平行光管一端管口朝向壳体上太阳光入射孔，平行光管另一端管口中设有元素灯，所述壳体内靠近后侧设有一个测量望远镜的球面主镜和球面次镜，球面主镜、球面次镜分列于太阳光入射孔左、右侧，由球面主镜、球面次镜构成离轴两镜反射系统，壳体内还设有石英漫反射板、铝漫反射板、光路切换反射板、第三反射镜、中继反射镜、中继镜头、探测器，其中石英漫反射板、铝漫反射板设置在同一漫反射旋转座上，所述漫反射旋转座转动安装在太阳光入射孔正前方，且升降台可以石英漫反射板或铝漫反射板为中心旋转，所述光路切换反射板通过光路切换反射旋转座转动安装在漫反射旋转座斜后方，光路切换反射板可转动至位于石英漫反射板或铝漫反射板的反射光路上，且光路切换反射板还可转动至球面主镜、球面次镜之间光路上，所述第三反射镜设置在球面次镜的反射光路上，中继反射镜设置在第三反射镜的反射光路上，探测器设置在中继反射镜的反射光路上，且中继镜头设在中继反射镜与探测器之间；当光路切换反射板未转动至球面主镜、球面次镜之间光路上时，被测量光从测量望远镜的球面主镜入射，依次经过球面次镜、第三反射镜、中继反射镜反射后，经中继镜头会聚至探测器上，形成主视场测量光路；当光路切换反射板转动至球面主镜、球面次镜之间光路上时从而遮挡主视场测量光路的入射光时，调节升降台和平行光管的角度，由元素灯发出地面模拟太阳光，地面模拟太阳光经过平行光管准直后，由太阳光入射孔入射至壳体内的石英漫反射板或铝漫反射板，并经过石英漫反射板或铝漫反射板反射形成一定角度内的漫反射光照亮光路切换反射板，由光路切换反射板反射至球面次镜，再依次经过球面次镜、第三反射镜、中继反射镜反射后， 经中继镜头会聚至探测器上，形成模拟太阳光定标光路。
[0005]所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:所述平行光管通过角度调节装置转动安装在升降台上，角度调节装置调节范围-5°?+5°。
[0006]所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:所述升降台以石英漫反射板或铝漫反射板中心为圆心旋转，旋转半径330mm，旋转角度为20°?110°， 最优旋转角度为90 °。
[0007]所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:所述升降台高度升降范围120mm。
[0008]所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:所述元素灯为卤钨灯或氙灯。
[0009]所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:所述漫反射旋转座旋转角度为83 °，石英漫反射板、铝漫反射板放置在漫反射旋转座上，漫反射旋转座可转动至两个位置:石英漫反射板定标位置、铝漫反射板定标位置，其中转动至石英漫反射板定标位置时石英漫反射板位于太阳光入射孔正前方，转动至铝漫反射板定标位置时铝漫反射板位于太阳光入射孔正前方。
[0010]所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:所述光路切换反射旋转座旋转角度为65 °，光路切换反射旋转座可转动至两个位置:主视场测量位置、模拟太阳光定标位置，其中转动至模拟太阳光定标位置时，光路切换反射板位于球面主镜、球面次镜之间光路上并遮挡主视场测量光路的入射光。
[0011]本发明的有益效果:(1)利用平行光管准直光源发出的光线，使用旋转升降及角度调节装置调整、设置光源的立体方位和视角，模拟在轨时入射的太阳光，再经过漫反射镜片的漫反射作用，形成一定角度内的漫射光，进入后续定标光路。该系统仪器外的光源部分功能完整，调整方便，同时利用了仪器内的定标光路，简化了结构。能够试验验证、确认仪器光机部件设计参数，辅助进行仪器的装配调试，并检验、校准光学系统性能。
[0012](2)在光路中加入两处转动机构:光路切换反射旋转座和漫反射旋转座，可同时实现主视场测量和太阳光定标，定标光路与主视场测量光路实现光路共享，简化了系统结构， 减少了零部件数量，降低了整体体积和重量，有利于发射和运载。
[0013](3)利用地面定标系统，仪器可采用“模拟太阳光+铝漫反射板”进行辐射量定标， 考察仪器长期稳定性;可采用“模拟太阳光+石英漫反射板”进行光谱定标，实现探测中心波长的周期性校准，校正探测器的光谱特性变化。定标系统进行了等效光路设计，可利用地面系统通过仪器的定标光路与在轨定标结果进行对比验证和校正。【附图说明】
[0014]图1为本发明的装置及光路俯视示意图。
[0015]图2为本发明的装置及光路侧视示意图。
[0016]图3为仪器主视场测量光路示意图。【具体实施方式】
[0017]如图1-图3所示，星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，包括有封闭的壳体，壳体后侧壁上开有供光通过的太阳光入射孔5,壳体外后方设有可旋转的升降台1，升降台1上安装有角度可调的平行光管4,平行光管4 一端管口朝向壳体上太阳光入射孔5,平行光管4另一端管口中设有元素灯3,壳体内靠近后侧设有一个测量望远镜的球面主镜14和球面次镜9,球面主镜14、球面次镜9分列于太阳光入射孔5左、右侧，由球面主镜14、球面次镜9构成离轴两镜反射系统，壳体内还设有石英漫反射板6、铝漫反射板7、光路切换反射板 8、第三反射镜10、中继反射镜11、中继镜头12、探测器13,其中石英漫反射板6、铝漫反射板7 设置在同一漫反射旋转座15上，漫反射旋转座15转动安装在太阳光入射孔5正前方，且升降台1可以石英漫反射板6或铝漫反射板7为中心旋转，光路切换反射板8通过光路切换反射旋转座16转动安装在漫反射旋转座15斜后方，光路切换反射板8可转动至位于石英漫反射板6 或铝漫反射板7的反射光路上，且光路切换反射板8还可转动至球面主镜14、球面次镜9之间光路上，第三反射镜10设置在球面次镜9的反射光路上，中继反射镜11设置在第三反射镜10 的反射光路上，探测器13设置在中继反射镜11的反射光路上，且中继镜头12设在中继反射镜11与探测器13之间；当光路切换反射板8未转动至球面主镜14、球面次镜9之间光路上时，被测量光从测量望远镜的球面主镜14入射，依次经过球面次镜9、第三反射镜10、中继反射镜11反射后，经中继镜头12会聚至探测器13上，形成主视场测量光路；当光路切换反射板8转动至球面主镜14、球面次镜9之间光路上时从而遮挡主视场测量光路的入射光时，调节升降台1和平行光管4的角度，由元素灯3发出地面模拟太阳光，地面模拟太阳光经过平行光管4准直后，由太阳光入射孔5入射至壳体内的石英漫反射板6或铝漫反射板7,并经过石英漫反射板6或铝漫反射板7反射形成一定角度内的漫反射光照亮光路切换反射板8,由光路切换反射板8反射至球面次镜9,再依次经过球面次镜9、第三反射镜 10、中继反射镜反射11后，经中继镜头12会聚至探测器13上，形成模拟太阳光定标光路。
[0018]平行光管4通过角度调节装置2转动安装在升降台1上，角度调节装置2调节范围-5 0 ?+50〇
[0019]升降台1以石英漫反射板6或铝漫反射板7中心为圆心旋转，旋转半径330mm，旋转角度为20 °?110 °，最优旋转角度为90 °。
[0020]升降台1高度升降范围120mm。[〇〇211元素灯3为卤钨灯或氙灯。
[0022]漫反射旋转座15旋转角度为83 °，石英漫反射板6、铝漫反射板7放置在漫反射旋转座15上，漫反射旋转座15可转动至两个位置:石英漫反射板定标位置、铝漫反射板定标位置，其中转动至石英漫反射板定标位置时石英漫反射板6位于太阳光入射孔5正前方，转动至铝漫反射板定标位置时铝漫反射板7位于太阳光入射孔5正前方。
[0023]光路切换反射旋转座16旋转角度为65 °，光路切换反射旋转座16可转动至两个位置:主视场测量位置、模拟太阳光定标位置，其中转动至模拟太阳光定标位置时，光路切换反射板8位于球面主镜14、球面次镜9之间光路上并遮挡主视场测量光路的入射光。
[0024]本发明包含两条测量光路:模拟太阳光定标光路和主视场测量光路；模拟太阳光定标光路有可旋转的升降台1，角度调节装置2,元素灯3,平行光管4,太阳光入射孔5，石英漫反射板6，铝漫反射板7，光路切换反射板8，球面次镜9，第三反射镜10，中继反射镜11，中继镜头12,探测器13;升降台1可以以石英漫反射板6或铝漫反射板7为中心旋转，角度为20°?110°，并提供120_范围内的高度可调，通过与角度调节装置2配合，实现了光源在多个视角下的入射，以模拟在轨时太阳光的入射方位和角度。卤钨灯光源在可见光波段较强，氙灯光源在紫外波段较强，且其光谱与太阳光相似，因此作为系统光源的元素灯3采用卤钨灯和氙灯。光源光线通过平行光管4准直后，射入仪器的太阳光入射孔5,入射孔5可控制入射光线的通光量，消除在所测波长范围带来的衍射效应。光源所发光经入射孔 5直接照射到放置在漫射板旋转座上的两个漫反射板(石英漫反射板6或铝漫反射板7)中的一个。经过漫反射板反射形成一定角度内的漫射光照亮了光路切换反射板8,从而进入所述的主视场测量光路，反射到望远镜球面成像次镜9,再经第三反射镜10和中继反射镜11反射，从而通过中继镜头12聚焦到探测器13处。光路切换反射板8放置在旋转的反射镜机械装置上。这个机械装置有两个位置:模拟太阳光定标位置，不仅使来自石英漫反射板6或铝漫反射板7的光线进入主视场测量光路，而且阻挡了来自球面主镜14方向的入射光;主视场测量位置，使来自球面主镜14的光线进入望远镜主视场测量光路。这样，主视场测量光路就可以同时用于模拟太阳光定标和主视场测量，两种模式的不同点就是前一种模式中使用石英漫反射板6、铝漫反射板7和光路切换反射板8,利用模拟太阳光进行定标;后一种模式使用球面主镜14。石英漫反射板6和铝漫反射板7皆放置于漫反射板旋转座上。
[0025]主视场测量光路有一个球面主镜14，球面次镜9，第三反射镜10，中继反射镜11，中继镜头12,探测器13,所述的主视场测量光路为一望远镜，球面主镜14和球面次镜9组成离轴两镜反射系统;入射的被测光线进入望远镜，入射到球面主镜14上，光线经球面成像次镜 9后再进入后续光路，最终会聚到探测器13;主视场测量时，光路切换反射板8转到主视场测量光路之外；漫反射板旋转座有两个旋转位置:用于模拟太阳光定标模式的石英漫反射板6和铝漫反射板7。为了测量模拟太阳光光源，光路切换反射板8需要放置在校准设置的位置，也就是用于定标的位置，以阻隔主视场光路的辐射。
【主权项】
1.星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:包括有封闭的壳体， 壳体后侧壁上开有供光通过的太阳光入射孔，壳体外后方设有可旋转的升降台，所述升降 台上安装有角度可调的平行光管，平行光管一端管口朝向壳体上太阳光入射孔，平行光管 另一端管口中设有元素灯，所述壳体内靠近后侧设有一个测量望远镜的球面主镜和球面次 镜，球面主镜、球面次镜分列于太阳光入射孔左、右侧，由球面主镜、球面次镜构成离轴两镜 反射系统，壳体内还设有石英漫反射板、铝漫反射板、光路切换反射板、第三反射镜、中继反 射镜、中继镜头、探测器，其中石英漫反射板、铝漫反射板设置在同一漫反射旋转座上，所述 漫反射旋转座转动安装在太阳光入射孔正前方，且升降台可以石英漫反射板或铝漫反射板 为中心旋转，所述光路切换反射板通过光路切换反射旋转座转动安装在漫反射旋转座斜后 方，光路切换反射板可转动至位于石英漫反射板或铝漫反射板的反射光路上，且光路切换 反射板还可转动至球面主镜、球面次镜之间光路上，所述第三反射镜设置在球面次镜的反 射光路上，中继反射镜设置在第三反射镜的反射光路上，探测器设置在中继反射镜的反射 光路上，且中继镜头设在中继反射镜与探测器之间；当光路切换反射板未转动至球面主镜、球面次镜之间光路上时，被测量光从测量望远 镜的球面主镜入射，依次经过球面次镜、第三反射镜、中继反射镜反射后，经中继镜头会聚 至探测器上，形成主视场测量光路；当光路切换反射板转动至球面主镜、球面次镜之间光路上时从而遮挡主视场测量光路 的入射光时，调节升降台和平行光管的角度，由元素灯发出地面模拟太阳光，地面模拟太阳 光经过平行光管准直后，由太阳光入射孔入射至壳体内的石英漫反射板或铝漫反射板，并 经过石英漫反射板或铝漫反射板反射形成一定角度内的漫反射光照亮光路切换反射板，由 光路切换反射板反射至球面次镜，再依次经过球面次镜、第三反射镜、中继反射镜反射后， 经中继镜头会聚至探测器上，形成模拟太阳光定标光路。2.根据权利要求1所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在于:所述平行光管通过角度调节装置转动安装在升降台上，角度调节装置调节范围-5 °?+5 0〇3.根据权利要求1所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在 于:所述升降台以石英漫反射板或铝漫反射板中心为圆心旋转，旋转半径330mm，旋转角度 为20°?110°，最优旋转角度为90 °。4.根据权利要求1所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在 于:所述升降台高度升降范围120_。5.根据权利要求1所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在 于:所述元素灯为卤钨灯或氙灯。6.根据权利要求1所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在 于:所述漫反射旋转座旋转角度为83 °，石英漫反射板、铝漫反射板放置在漫反射旋转座上， 漫反射旋转座可转动至两个位置:石英漫反射板定标位置、铝漫反射板定标位置，其中转动 至石英漫反射板定标位置时石英漫反射板位于太阳光入射孔正前方，转动至铝漫反射板定 标位置时铝漫反射板位于太阳光入射孔正前方。7.根据权利要求1所述的星载环境监测仪的立体多视角模拟在轨定标系统，其特征在 于:所述光路切换反射旋转座旋转角度为65 °，光路切换反射旋转座可转动至两个位置:主视场测量位置、模拟太阳光定标位置，其中转动至模拟太阳光定标位置时，光路切换反射板 位于球面主镜、球面次镜之间光路上并遮挡主视场测量光路的入射光。
【文档编号】G02B17/02GK105988206SQ201511023432
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年12月30日
【发明人】曾议, 司福祺, 江宇, 薛辉, 江庆伍, 陈军, 刘凤垒, 周海金, 赵敏杰, 黄书华, 汪世美
【申请人】中国科学院合肥物质科学研究院