一种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法
【专利摘要】本发明涉及一种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法，主要包括以下步骤：利用折转平面反射镜将紫外平行光管发出的平行光束折转进入超大视场紫外临边成像仪中；通过六维转台带动紫外临边成像仪沿仪器像面矢径垂直方向旋转，从而完成仪器同一入射角下的几何定标；借助经纬仪监测值，依次有序地改变折转平面反射镜折转沿仪器像面矢径方向的平行光束的角度，重复完成仪器不同入射角下的几何定标工作；对仪器不同入射角下的几何定标结果插值拟合，给出紫外临边成像仪像面所有像素对应的几何方位。本发明的超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法适用于这种超大视场紫外临边成像仪的高精度几何定标。
【专利说明】一种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学几何定标【技术领域】，具体涉及一种利用平行光管、六维转台及经纬仪等设备进行几何定标的，超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法。
【背景技术】
[0002]光学遥感仪器用于探测臭氧等大气痕量气体，其探测反演数据不仅需要通过辐射定标来确定其大小，而且还要通过几何定标来确定遥感仪器探测目标的位置属性，两者缺一不可。
[0003]国内外常用于遥感仪器几何定标的主流方法依然是室内或野外检校场、室内多级标定等，其基本原理均是通过测量物空间一系列已知几何关系的物点之间投影到遥感仪器像空间像平面上不同像点之间的位置坐标变化关系，经后续直接线性变换或基于空间后方交会等算法的拟合计算，从而精确给出遥感仪器的几何成像模型。室内或野外检校场方法尽管精度较高，但建设成本也高，检校场的大小直接依赖于遥感仪器视场角的大小以及几何定标的距离，检校场不同物点处的光源也需满足遥感仪器探测的光谱需要；室内多级标定通过平行光管照明均匀分布圆形小孔标记的平板作为物点，平板可沿长直导轨滑动从而对遥感仪器产生不同的距离及视场张角，但导轨需要有很高的直线度，平行光管的口径及平板的大小也直接受制于遥感仪器的视场大小。
[0004]近年来，为满足空间大气遥感探测需求，发展了一种140° -146°超大视场紫外临边成像仪，对于此类仪器几何定标来说，室内或野外检校场方法精度较低且成本太大，室内多级标定也由于紫外平行光管口径的加大、平板尺寸的加大以及相应导轨加长等诸多因素的限制也不适用。
【发明内容】
[0005]本发明要解决现有技术中的几何定标方法标定超大视场紫外临边成像仪精度较低及成本太大的技术问题，提出一种利用平行光管、六维转台及经纬仪等设备进行几何定标的，超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下:
[0007]—种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法，主要包括以下步骤:
[0008]利用折转平面反射镜将紫外平行光管发出的平行光束折转进入超大视场紫外临边成像仪中；
[0009]通过六维转台带动紫外临边成像仪沿仪器像面矢径垂直方向旋转，从而完成仪器同一入射角下的几何定标；
[0010]借助经纬仪监测值，依次有序地改变折转平面反射镜折转沿仪器像面矢径方向的平行光束的角度，重复完成仪器不同入射角下的几何定标工作；
[0011]对仪器不同入射角下的几何定标结果插值拟合，给出紫外临边成像仪像面所有像素对应的几何方位。[0012]上述技术方案中，所述折转平面反射镜表面蒸镀紫外高反膜，通过L形连接板固定在一维转台表面，其反射面与一维转台旋转表面垂直。
[0013]上述技术方案中，所述紫外临边成像仪通过连接板与六维转台连接固定，所述连接板可保证仪器光轴与六维转台的旋转轴线尽可能重合。
[0014]上述技术方案中，所述经纬仪可以:
[0015]沿折转反射镜反射平行光束方向直接观测给出上述紫外临边成像仪的入射视场角；
[0016]通过对一维转台旋转表面监视反射镜自准直，精确地给出一维转台的旋转角度；
[0017]对仪器安装水平面上标准立方棱镜自准直，指导调节仪器光轴始终垂直水平面。
[0018]本发明的超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法，所述仪器像面矢径垂直方向及矢径方向是基于像面中心像素为极坐标原点，矢径方向对应仪器临边观测高度方向，矢径垂直方向对应临边观测方位方向。
[0019]所述对仪器不同入射角下的几何定标结果插值拟合，主要是考虑仪器像面像素点太多，逐点几何定标不太现实，因而对仪器全视场选择性的给出一些几何定标结果，通过插值拟合给出像面像素点与仪器观测目标几何坐标间的关系，插值拟合的好坏可通过抽选视场加以检验。
[0020]本发明具有以下的有益效果:
[0021]本发明的超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法，通过平行光管、六维转台及经纬仪等设备，精确地模拟仪器实际工作时的几何观测情况，极大地降低了仪器超大视场几何定标所带来的立体空间需求以及随之而来的成本要求；同时，经纬仪及六维转台系统的精度远小于仪器像面单像素对应的视场角，使得几何定标结果具有很高的精度和重复性；该方法所利用的设备重复使用率高，尤其紫外波段信号强，尤其适用于这种超大视场紫外临边成像仪的闻精度几何定标。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0023]图1是一种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法的结构示意图。
[0024]图中的附图标记表示为:
[0025]1-紫外光源；2_平行光管；3_ —维转台；4_折转平面反射镜；5_六维转台；6_控制电箱；7-仪器转台连接板；8-标准立方棱镜；9_监视平面反射镜；10_莱卡经纬仪；11-莱卡经纬仪；12_紫外临边成像仪；13?15-经纬仪的观测方位。
【具体实施方式】
[0026]本发明的发明思想为:本发明的超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法，利用平行光管和折转平面反射镜模拟任意方位无穷远观测目标，并通过高精度莱卡经纬仪及六维转台系统准确地给出无穷远目标相对于仪器的方位，尤其适用于超大视场紫外成像仪的高精度几何定标。
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述:
[0028]如图1所示，本发明的一种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法适用的几何定标装置包括:平行光管系统(紫外光源1、平行光管2、一维转台3、折转平面反射镜4)、六维转台系统(六维转台5、控制电源6、仪器转台连接板7)、监视系统(标准立方棱镜8、监视平面反射镜9、莱卡经纬仪10、莱卡经纬仪11)。其中，折转平面反射镜4可将平行光管2发出的平行光束折转，一部分沿经纬仪观测方向13由莱卡经纬仪11进行角度确认，一维转台3依据莱卡经纬仪11确认结果调节折转平面反射镜4反射光束角度，从而使另一部分平行光束以已知角度进入紫外临边成像仪12的视场，莱卡经纬仪10沿观测方向14记录此时监视平面反射镜9的角度；
[0029]莱卡经纬仪11沿观测方向15监视标准立方棱镜8，通过控制电箱6调节六维转台5水平面内两个相互垂直方向的倾斜，始终保证紫外临边成像仪光轴垂直于水平面，继续通过控制电箱6调节六维转台5水平面内的旋转，从而给出紫外临边成像仪同一入射角下360°全方位的成像点(垂直像面矢径方向)；
[0030]通过一维转台3改变折转平面反射镜4反射平行光束角度，重复以上步骤即可得到紫外临边成像仪一系列入射角下360°全方位的成像点，通过插值拟合可给出像面所有像素点与仪器实际观测目标几何坐标间的关系。
[0031]本发明的一种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法，通过高精度莱卡经纬仪监测折转平面反射镜对平行光束进行仪器像面矢径方向的改变，通过高精度六维转台系统转动紫外临边成像仪实现仪器像面垂直矢径方向的变化，从而得到紫外临边成像仪像面上一系列像素点对应的仪器实际观测目标几何方位。该方法角度精度远小于紫外临边成像仪像面单像素对应的视场角，且重复性高，紫外波段信号强，此外，由于折转平面反射镜对光束的折转，几何定标所需的实验室空间大大减小，该方法尤其适用于超大视场紫外临边成像仪前期的光机装调及后期的几何定标。
[0032]本发明的超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法，所述仪器像面矢径垂直方向及矢径方向是基于像面中心像素为极坐标原点，矢径方向对应仪器临边观测高度方向，矢径垂直方向对应临边观测方位方向。
[0033]所述对仪器不同入射角下的几何定标结果插值拟合，主要是考虑仪器像面像素点太多，逐点几何定标不太现实，因而对仪器全视场选择性的给出一些几何定标结果，通过插值拟合给出像面像素点与仪器观测目标几何坐标间的关系，插值拟合的好坏可通过抽选视场加以检验。
[0034]实施例
[0035]本课题组研制的紫外临边成像仪，其临边方向视场角为140°?146°，中心波长295nm，焦距22.37mm，光谱分辨率优于15nm，空间分辨率要求小于3km。
[0036]为了对其进行几何视场定标，传统的室内检校场或多级标定方法都面临构建成本大的问题，且两者都占据空间大、具有排它性、构建时空间维上的距离误差也较大，几何定标精度难以保证仪器空间分辨率小于3km的要求。
[0037]为此，借助实验室紫外平行光管、高精度六维转台及莱卡经纬仪，通过折转反射镜将紫外临边成像仪140°?146°临边成像光束折转，从而精确地模拟出仪器像面上不同像素对应的实际目标方位。
[0038]本发明未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。
[0039]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种超大视场紫外临边成像仪的几何定标方法，其特征在于，主要包括以下步骤: 利用折转平面反射镜将紫外平行光管发出的平行光束折转进入超大视场紫外临边成像仪中； 通过六维转台带动紫外临边成像仪沿仪器像面矢径垂直方向旋转，从而完成仪器同一入射角下的几何定标； 借助经纬仪监测值，依次有序地改变折转平面反射镜折转沿仪器像面矢径方向的平行光束的角度，重复完成仪器不同入射角下的几何定标工作； 对仪器不同入射角下的几何定标结果插值拟合，给出紫外临边成像仪像面所有像素对应的几何方位。
2.根据权利要求1所述的几何定标方法，其特征在于，所述折转平面反射镜表面蒸镀紫外高反膜，通过L形连接板固定在一维转台表面，其反射面与一维转台旋转表面垂直。
3.根据权利要求1所述的几何定标方法，其特征在于，所述紫外临边成像仪通过连接板与六维转台连接固定，所述连接板可保证仪器光轴与六维转台的旋转轴线尽可能重合。
4.根据权利要求1所述的几何定标方法，其特征在于，所述经纬仪可以: 沿折转反射镜反射平行光束方向直接观测给出上述紫外临边成像仪的入射视场角； 通过对一维转台旋转表面监视反射镜自准直，精确地给出一维转台的旋转角度； 对仪器安装水平面上标准立方棱镜自准直，指导调节仪器光轴始终垂直水平面。
【文档编号】G01C25/00GK103968859SQ201410182281
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】杨小虎, 王淑荣, 黄煜, 林冠宇 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所