一种地球等离子体层动态跟踪成像仪的制作方法
【专利摘要】一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，属于空间天气监测【技术领域】，目的在于解决现有技术不能实现地球等离子体层全局成像的问题。本发明包括光学系统和机械结构系统，光学系统包括环形光学入瞳、像接收器和球面极紫外多层膜反射镜，主要实现地球等离子体层30.4nm波段的光学成像功能；机械结构系统包括EUV相机成像系统和二维转动系统，EUV相机成像系统实现光学系统的安装、支撑及防护等功能，二维转动系统实现EUV相机成像系统视角的方位、俯仰调整。本发明随航天器达到成像轨道后，通过二维转动机构实现成像时对卫星运动的像移补偿和目标的动态跟踪成像，实现对目标的多角度、高质量全局成像。
【专利说明】一种地球等离子体层动态跟踪成像仪
【技术领域】
[0001]本发明属于空间天气监测【技术领域】，具体涉及一种地球等离子体层动态跟踪成像仪。
【背景技术】
[0002]作为内磁层最重要的活动区域，地球等离子体层的分布与演变对地球及其空间环境有极其重要影响，有重要的研究价值。目前，地球等离子体层的全局成像尚未真正实现。1998年日本发射的Planet-B卫星通过将不同位置光强的一维图像拼接成二维图像，但时间分辨率太差，不是真正的二维成像；美国2000年发射IMAGE(磁顶到极光全球探测卫星成像器)搭载的极紫外相机首次实现了地球等离子体层的二维成像，但由于没有跟踪机构，只能在局部角度成像，且由于采用子视场拼接和卫星自旋扫描成像，需要后续较复杂的图像处理，导致图像降质。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，解决现有技术存在的图像拼接或扫描成像导致图像质量低及成像视角局限等问题，实现地球等离子体层的全局成像。
[0004]为实现上述目的，本发明的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪包括光学系统和机械结构系统；
[0005]所述光学系统包括沿光轴方向顺次排列的环形光学入瞳、像接收器和球面极紫外多层膜反射镜，所述环形光学入瞳位于所述球面极紫外多层膜反射镜曲率中心处，光线经环形光学入瞳照射到所述球面极紫外多层膜反射镜，经所述球面极紫外多层膜反射镜反射后，经像接收器接收成像；
[0006]所述机械结构系统包括EUV相机成像系统和二维转动系统，所述EUV相机成像系统包括EUV相机镜头防护组件、焦面组件、镜筒组件三部分组成，所述镜筒组件上方设置有焦面组件，所述焦面组件上方设置有屏蔽筒，所述镜头防护组件固定在所述屏蔽筒上，所述光学子系统整体位于所述EUV相机成像系统内部，二维转动系统包括U形支架、方位旋转机构和俯仰旋转机构，所述U形支架固定在所述方位转动组件上,所述EUV相机成像系统通过俯仰转动组件与所述U形支架的两端连接，通过方位转动组件和俯仰转动组件实现整体的方位调节和俯仰调节。
[0007]所述像接收器为光子计数探测器，包括微通道板、石英基底楔条形阳极、前端信号处理模块和数字信号处理模块；所述微通道板为光电转换及电子倍增器件，所述石英楔条形阳极为光子位置探测器件；所述前端信号处理模块对信号进行前端放大、整形，由数字信号处理模块进行采集、处理生成图像。
[0008]所述球面极紫外多层膜反射镜采用微晶玻璃制成，表面为超光滑表面。
[0009]所述球面极紫外多层膜反射镜表面镀有Mo/Si多层膜。[0010]所述球面极紫外多层膜反射镜的支撑结构材料为超低膨胀系数材料，以凸台联结的方式连接镜座与球面极紫外多层膜反射镜背部。
[0011 ] 所述镜筒上设置有镜头防护盖。
[0012]所述方位转动组件和所述俯仰转动组件通过空间应用型的步进电机驱动，实现方位和俯仰扫描运动。
[0013]本发明的有益效果为:本发明的地球等离子体层动态跟踪成像仪随航天器达到成像轨道后，计算成像仪光轴与地-星中心连线的偏离角度；调整俯仰转动组件和方位转动组件，使得成像仪光轴指向与地-星中心连线，此时地球位于成像仪视场中心；打开屏蔽筒的镜头防护组件，使得地球等离子体层散射的光束能够进入成像仪；进入成像仪的光束经球面极紫外多层膜反射镜和A1/C薄膜滤光片后，滤除58.4nm和121.6nm的背景辐射，光束中主要剩下工作波段30.4nm辐射；30.4nm光束聚焦在焦面组件的光子计数探测器上，被探测器接收并输出三路电极信号，信号经前端信号处理模块放大、整形、数字信号处理模块数字化后，由软件对光子位置计算解码；计算大量到达光子位置并计数，最终得到目标图像。成像仪成像时，调整俯仰转动组件和方位转动组件补偿卫星运动产生的像移，使得成像仪始终对目标清晰成像；通过转动二维转动机构调整成像仪视角，使其在轨道的不同位置对准目标成像，实现对目标的多角度跟踪成像，该仪器通过动态跟踪机构以不同的视角对地球等离子体层进行跟踪成像，获得地球等离子体层的高分辨、多角度的全局图像。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪整体结构示意图；
[0015]图2为本发明的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪的光路结构示意图；
[0016]图3为本发明的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪的EUV相机点列图；
[0017]其中:1、俯仰转动组件，2、焦面组件，3、屏蔽筒，4、镜头防护组件，5、镜筒组件，6、U形支架，7、方位转动组件，8、环形光学入瞳，9、球面极紫外多层膜反射镜，10、光子计数探测器，1001、前端信号处理模块。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0019]参见附图1、附图2和附图3，本发明的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪包括光学子系统和机械结构子系统；
[0020]所述光学子系统包括沿光轴方向顺次排列的环形光学入瞳8、光子计数探测器10和球面极紫外多层膜反射镜9，所述环形光学入瞳8位于所述球面极紫外多层膜反射镜9曲率中心处，光线经环形光学入瞳8照射到所述球面极紫外多层膜反射镜9，经所述球面极紫外多层膜反射镜9反射后，经光子计数探测器10接收成像；
[0021]所述机械结构子系统包括EUV相机成像系统和二维转动系统，所述EUV相机成像系统包括EUV相机镜头防护组件4、焦面组件2、镜筒组件5三部分组成，所述镜筒组件5上方设置有焦面组件2，所述焦面组件2上方设置有屏蔽筒3，所述镜头防护组件4固定在所述屏蔽筒3上，所述光学子系统整体位于所述EUV相机成像系统内部，二维转动系统包括U形支架6、方位旋转机构和俯仰旋转机构,所述U形支架6固定在所述方位转动组件7上,所述EUV相机成像系统通过俯仰转动组件I与所述U形支架6的两端连接，通过方位转动组件7和俯仰转动组件I实现整体的方位调节和俯仰调节。
[0022]所述像光子计数探测器10包括微通道板、石英基底楔条形阳极、前端信号处理模块1001和数字信号处理模块；微通道板作为光电转换及电子倍增器件，响应光子输入并输出信号，所述电子云经所述石英楔条形阳极位置编码并输出信号；所述前端信号处理模块1001对所述信号进行前端放大、整形后，由数字信号处理模块进行采集、处理生成图像。
[0023]所述光子计数探测器10为曲率中心与球面极紫外多层膜反射镜9的曲率中心重合的曲面，有利于消除曲像差对像质的影响。
[0024]所述光子计数探测器10正前方2mm处安装有薄膜滤光片，所述薄膜滤光片由铝膜和碳膜构成。
[0025]所述球面极紫外多层膜反射镜9采用微晶玻璃制成，表面为超光滑表面。
[0026]所述球面极紫外多层膜反射镜9表面镀有Mo/Si多层膜，使得反射镜反射率峰值在 30.4nm。
[0027]所述球面极紫外多层膜反射镜9的支撑结构材料为超低膨胀系数材料，以凸台联结的方式连接镜座与球面极紫外多层膜反射镜9背部。
[0028]所述镜筒上设置有镜头防护盖，以实现防尘功能。
[0029]所述U形支架6的底盘部分采用梯形加强肋结构，以提高支撑强度。
[0030]所述方位转动组件7和所述俯仰转动组件I通过空间应用型的步进电机驱动，实现方位、俯仰扫描运动。
[0031]该成像仪以He+离子的30.4nm辐射为成像目标，工作波长为30.4nm ;由于该目标辐射强度极弱，且该波段反射镜反射率较低，为尽可能提高能量利用率，采用单球面镜加球面探测器的光学设计方案，该方案成像质量仿真如附图3所示，弥散斑半径为200 μ m，满足角分辨率要求。成像仪光学设计参数如表1所示:
[0032]表1
[0033]
【权利要求】
1.一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，包括光学系统和机械结构系统； 所述光学系统包括沿光轴方向顺次排列的环形光学入瞳(8)、像接收器和球面极紫外多层膜反射镜(9)，所述环形光学入瞳(8)位于所述球面极紫外多层膜反射镜(9)曲率中心处，光线经环形光学入瞳(8)照射到所述球面极紫外多层膜反射镜(9)，经所述球面极紫外多层膜反射镜(9)反射后，经像接收器接收成像； 所述机械结构系统包括EUV相机成像系统和二维转动系统，所述EUV相机成像系统包括EUV相机镜头防护组件(4)、焦面组件(2)、镜筒组件(5)三部分组成，所述镜筒组件(5)上方设置有焦面组件(2)，所述焦面组件(2)上方设置有屏蔽筒(3)，所述镜头防护组件(4)固定在所述屏蔽筒(3)上，所述光学系统整体位于所述EUV相机成像系统内部，二维转动系统包括U形支架(6)、方位旋转机构和俯仰旋转机构，所述U形支架(6)固定在所述方位转动组件(7 )上，所述EUV相机成像系统通过俯仰转动组件(I)与所述U形支架(6 )的两端连接，通过方位转动组件(7)和俯仰转动组件(I)实现整体的方位调节和俯仰调节。
2.根据权利要求1所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述像接收器为光子计数探测器(10)，包括微通道板、石英基底楔条形阳极、前端信号处理模块(1001)和数字信号处理模块；所述微通道板为光电转换及电子倍增器件，所述石英楔条形阳极为光子位置探测器件；所述前端信号处理模块(1001)对信号进行前端放大、整形，由数字信号处理模块进行采集、处理生成图像。
3.根据权利要求2所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述光子计数探测器(10)为曲率中心与球面极紫外多层膜反射镜(9)的曲率中心重合的曲面。
4.根据权利要求2或3所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述光子计数探测器(10 )前端安装有薄膜滤光片，所述薄膜滤光片由铝膜和碳膜构成。
5.根据权利要求1所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述球面极紫外多层膜反射镜(9)采用微晶玻璃制成，表面为超光滑表面。
6.根据权利要求1所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述球面极紫外多层膜反射镜(9)表面镀有Mo/Si多层膜。
7.根据权利要求1所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述球面极紫外多层膜反射镜(9)的支撑结构材料以凸台联结的方式连接镜座与球面极紫外多层膜反射镜(9)背部。
8.根据权利要求1所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述镜筒上设置有镜头防护盖。
9.根据权利要求1所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述U形支架(6)的底盘部分采用梯形加强肋结构。
10.根据权利要求1所述的一种地球等离子体层动态跟踪成像仪，其特征在于，所述方位转动组件(7)和所述俯仰转动组件(I)通过空间应用型的步进电机驱动，实现方位和俯仰扫描运动。
【文档编号】G03B17/17GK103592807SQ201310571028
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】陈波, 何玲平, 刘世界, 何飞, 李朝辉 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所