专利名称：时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及卫星遥感干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法及系统。
背景技术：
时间、空间联合调制的干涉成像光谱仪是一种将成像相机与光谱仪合为一体的仪器，不但可以同时获得地物目标的图像和光谱信息，且具有高通量、多通道、杂散光低、光谱范围宽的优点，因此作为卫星遥感的有效载荷，这种仪器的应用越来越多，具有较好的发展前景。时间、空间联合调制的干涉成像光谱仪原理先进、技术复杂。其光谱成像的原理是进入主系统的物光在系统焦面上成像，同时每个光线通过系统的剪切干涉仪产生干涉，并 在系统焦面上形成沿剪切方向的干涉图，即沿此方向显示干涉强度分布的干涉图(干涉条纹)，干涉图的光程差与光线的视场角对应，最后在焦面上形成的是叠加干涉条纹的二维图像，干涉图方向为反映目标光谱信息的方向，可称为光谱方向，与光谱方向垂直的是空间方向。光谱仪沿光谱方向推扫且逐帧曝光、存贮图像时，就形成了系列的、对应于相邻视场的干涉图像。图像处理时将空间方向每列数据逐帧、沿光谱维逐列抽取，然后拼接成每列像元的干涉图，将干涉图进行处理、光谱复原，得到每个像元的复原光谱。最后将面阵所有像元、每个谱段的复原光谱图像拼接成单色、二维空间图像，可以形成多谱段空间图像的数据立方体。干涉成像光谱仪是测量遥感目标图像和光谱信息的仪器，要保证其测量的精度，就必须进行定标，即标定该光谱仪测量输出数据与目标光谱辐射强度的定量关系。卫星遥感的有效载荷在完成研制后，先进行地面实验室的定标，获得基础定标数据。成像光谱仪的定标包括光谱定标、相对平场定标和光谱辐射度的绝对定标，光谱定标是标定其干涉性能参数的主要手段，是首要的定标。卫星升空后需进行在轨星上定标，以便监测卫星发射、运行过程中有效载荷的变化，因此需要设计星上定标系统来完成这个工作。要在光谱仪的主系统中插入性能可靠、功能完善的星上定标系统，难度很大。例如从前置镜或主系统前方引入星上定标光源的方法，需加运动摆镜并设计复杂的成像系统，存在难度大、风险高、结构体积大等问题。我国环境卫星搭载的空间调制干涉成像光谱仪采用了通过摆镜引入定标光源的方法，就存在结构体积大、使用风险高的问题。除此之外，目前尚未见到国内外有关同类干涉成像光谱仪设计星上定标系统的报道。
发明内容
本发明提出了一个时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法及系统，解决了背景技术中，在时间空间联合调制干涉成像光谱仪上设计星上定标系统难度大、风险高、结构体积大的技术问题。本发明的技术方案是时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法，其特殊之处在于包括以下步骤(I)定标灯的辐射光经过积分球匀光后由积分球出口射出；(2)积分球出口射出的均匀光经过光谱玻璃形成具有光谱特征吸收峰的定标光；(3)定标光经反射棱镜反射至干涉成像光谱仪的一次像面上，并照明一次像面的边缘视场形成星上定标视场，星上定标视场是光谱维X方向全视场、空间维y方向边缘局部视场；(4) 一次像面视场的星上定标光依次通过干涉成像光谱仪中的剪切干涉仪和富立叶成像镜，在干涉成像光谱仪的二次像面上形成星上定标干涉图；(5)将二次像面上形成的星上定标干涉图通过光谱复原软件得到星上定标复原光谱；
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(6)将星上定标复原光谱与基础星上定标复原光谱进行比对，根据特征吸收峰位置的变化实现相对光谱定标，具体为当特征吸收峰位置不变时，成像光谱仪干涉性能没变；当特征吸收峰位置变化时，根据特征吸收峰漂移的方向及漂移量，修正干涉成像光谱仪的干涉参数d/f s,进行光谱定标。上述反射棱镜的第二反射面位于一次像面的星上定标视场的前方。上述光谱特征吸收峰具有多个特征峰。时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标系统，其特殊之处在于包括积分球、设置于积分球入口处的定标灯、设置于积分球出口的光谱玻璃以及反射棱镜，所述反射棱镜将透过光谱玻璃的光反射至一次像面的星上定标视场。上述定标灯为两个，一个作为工作灯，另一个作为备份灯。上述积分球的材料为聚四氟乙烯，内球径为35mm。上述反射棱镜的厚度为4_7mm。上述反射棱镜的第二反射面位于一次像面的星上定标视场的前方。本发明具有以下优点(I)此星上定标系统在一次像面的局部视场引入定标光源，通过后面的干涉仪、富立叶成像镜形成星上定标干涉图，其复原光谱可以充分反映光谱仪的干涉特性，使星上光谱定标得以实现，同时又避免了从主系统前方引入定标光源时加运动摆镜的风险和结构庞大的弊病。(2)此星上定标系统利用一个厚度不大且轴向空间小的簿反射棱镜的边缘将定标光源引入主系统一次像面的边缘局部视场，实现局部视场的星上光谱定标，且结构紧凑。系统结构简单，占用光学系统的轴向空间小。(3)此星上定标系统虽是局部视场的定标，但局部视场的星上定标干涉图和复原光谱可以完全反映光谱仪的干涉性能，对成像光谱仪的光谱定标是可行的。(4)定标光源经积分球内多次反射成为均匀光，在像面上可以得到视场方向光强均匀、光谱一致的星上定标干涉图，因此星上定标系统无需成像推扫，星上定标干涉图不需拼接，直接提取定标视场空间维像元的干涉图，可以直接复原出星上定标光谱。(5)定标灯的主、备份件安装在同一积分球的二个入口，结构紧凑。(6)积分球出口安装的光谱玻璃材料具有特征吸收峰透射光谱，使定标光源经后面系统产生具有特征光谱的定标干涉图，再经光谱复原软件复原，得到具有特征吸收峰的星上定标光谱，可以根据特征峰位置的变化和比对实现星上光谱定标。
图I :星上定标系统图；图2 :—次像面视场；附图标号说明1-光谱玻璃，2-定标灯,3-积分球,4-反射棱镜,5-—次像面，6- 一次像面视场，7-星上定标视场，χ-光谱维方向，y-空间维方向。
具体实施例方式干涉成像光谱仪，包括沿光路依次分布的一次像面、干涉仪、成像镜、二次像面，干涉仪优选为剪切干涉仪，成像镜优选为富立叶成像镜。 时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法，包括以下步骤(I)定标灯2的福射光经过积分球3勻光后由积分球3出口射出；(2)积分球3出口射出的均匀光经过光谱玻璃I形成具有光谱特征吸收峰的定标光；光谱特征吸收峰具有多个特征峰，但只需观测一个最有效的特征峰。(3)定标光经反射棱镜4反射至干涉成像光谱仪的一次像面5上，并照明一次像面5的边缘视场形成星上定标视场7，星上定标视场7是光谱维χ方向全视场、空间维y方向边缘局部视场，一般只占用10个左右数量的像元；(4) 一次像面视场6的星上定标光依次通过干涉成像光谱仪中的剪切干涉仪和富立叶成像镜，在干涉成像光谱仪的二次像面上形成星上定标干涉图；(5)将二次像面上形成的星上定标干涉图通过光谱复原软件得到星上定标复原光谱；(6)将星上定标复原光谱与基础星上定标复原光谱进行比对，根据特征吸收峰位置的变化实现相对光谱定标，具体为当特征吸收峰位置不变时，表明成像光谱仪干涉性能没变，无需修正；当特征吸收峰位置变化时，表明成像光谱仪干涉性能改变，根据特征吸收峰漂移的方向及漂移量，修正干涉成像光谱仪的干涉参数d/f s，完成光谱定标。时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标系统，包括积分球3、设置于积分球3入口处的定标灯2、设置于积分球3出口的光谱玻璃I以及反射棱镜4。定标灯2为两个,分别安装在积分球3的两个入口，一个作为工作灯，另一个作为备份灯。积分球3的材料为聚四氟乙烯，内球径为35mm。光谱玻璃1，使积分球3出口射出的光成为具有特征吸收峰的定标光。反射棱镜4是厚度不大且轴向空间小的簿反射棱镜,其厚度为4_7mm，以保证反射棱镜4强度和刚度，反射棱镜4太薄，易碎，安装不方便，稳定性差；反射棱镜4太厚，占用系统空间。反射棱镜4的第一反射面位于积分球3出口的前方，反射棱镜4的第二反射面位于一次像面的星上定标视场7的前方。该系统整体结构简单，占用光学系统的轴向空间小。
权利要求
1.时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法，其特征在于包括以下步骤 (1)定标灯的辐射光经过积分球匀光后由积分球出口射出； (2)积分球出口射出的均匀光经过光谱玻璃形成具有光谱特征吸收峰的定标光； (3)定标光经反射棱镜反射至干涉成像光谱仪的一次像面上，并照明一次像面的边缘视场形成星上定标视场，星上定标视场是光谱维χ方向全视场、空间维y方向边缘局部视场； (4)一次像面视场的星上定标光依次通过干涉成像光谱仪中的剪切干涉仪和富立叶成像镜，在干涉成像光谱仪的二次像面上形成星上定标干涉图； (5)将二次像面上形成的星上定标干涉图通过光谱复原软件得到星上定标复原光谱； (6)将星上定标复原光谱与基础星上定标复原光谱进行比对，根据特征吸收峰位置的变化实现相对光谱定标，具体为 当特征吸收峰位置不变时，表明成像光谱仪干涉性能没变，无需修正； 当特征吸收峰位置变化时，表明成像光谱仪干涉性能改变，根据特征吸收峰漂移的方向及漂移量，修正干涉成像光谱仪的干涉参数d/f富，完成光谱定标。
2.根据权利要求I所述的时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法，其特征在于所述反射棱镜的第二反射面位于一次像面的星上定标视场的前方。
3.根据权利要求I或2所述的时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法，其特征在于所述光谱特征吸收峰具有多个特征峰。
4.时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标系统，其特征在于包括积分球、设置于积分球入口处的定标灯、设置于积分球出口的光谱玻璃以及反射棱镜，所述反射棱镜将透过光谱玻璃的光反射至一次像面的星上定标视场。
5.根据权利要求4所述的时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标系统，其特征在于反射棱镜的第二反射面位于一次像面的星上定标视场的前方。
6.根据权利要求4或5所述的时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标系统，其特征在于所述定标灯为两个。
7.根据权利要求6所述的时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标系统，其特征在于所述积分球的材料为聚四氟乙烯，内球径为35mm。
8.根据权利要求7所述的时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标系统，其特征在于反射棱镜的厚度为4-7mm。
全文摘要
本发明提出了一个时空联合调制干涉成像光谱仪的星上光谱定标方法及系统，解决了在时间空间联合调制干涉成像光谱仪上设计星上定标系统难度大、风险高、结构体积大的问题。定标灯的辐射光经过积分球匀光后由积分球出口射出；经过光谱玻璃，再经反射棱镜反射至一次像面的边缘视场形成星上定标视场，再依次通过剪切干涉仪和富立叶成像镜，在干涉成像光谱仪的二次像面上形成星上定标干涉图；通过光谱复原软件得到星上定标复原光谱并与基础星上定标复原光谱进行比对，该方法避免了从主系统前方引入定标光源时加运动摆镜的风险和结构庞大的弊病。簿反射棱镜结构紧凑，系统结构简单，占用光学系统的轴向空间小。
文档编号G01S7/497GK102841342SQ201210313769
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者相里斌, 计忠瑛, 崔燕, 石大莲, 高静 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所