一种激光光源及成像光谱仪星上定标方法与流程

本申请涉及成像光谱仪星上定标技术领域，更具体地说，涉及一种激光光源及成像光谱仪星上定标方法。

背景技术：

随着科学研究的发展，尤其是在国民经济领域，农作物估产、矿物勘探、资源普查、环境监测等问题的研究需要高精度的高光谱遥感数据。高光谱遥感(Hyper spectral Remote Sensing)，全称为高光谱分辨率遥感，是指用很窄而连续的光谱通道对地面物体持续遥感成像的技术，其中最主要的成像器件为成像光谱仪，因此成像光谱仪的星上定标精度大大影响着高光谱遥感的成像效果。

现有技术中对所述成像光谱仪的星上定标主要利用太阳光作为照射在漫反射板上的光源，利用传递辐射计和成像光谱仪同时观测所述漫反射板的方式实现定标。

但是太阳光中的紫外成分会逐渐分解所述漫反射板表面的化学组分，引起漫反射板二向反射率的变化，而这种变化是难以在空间进行定量检测的，并且由于太阳光是复色光，使用太阳光作为光源对所述成像光谱仪进行定标时，中心波长和带宽的定标精度难以提高。这些都会给所述成像光谱仪的星上定标带来误差。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光光源及成像光谱仪星上定标方法，以解决由于太阳光中的紫外成分分解漫反射板表面的化学组分和带宽以及中心波长定标误差而引起所述成像光谱仪星上定标误差的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种激光光源，应用于成像光谱仪星上定标，包括：激光器、光纤、准直透镜组、第一反射镜、电机、积分球、准直系统、第二反射镜和漫反射板；其中，

所述光纤用于将所述激光器发送的激光传送给所述准直透镜组；

所述准直透镜组用于对所述激光进行准直处理，并将所述准直后的激光向所述第一反射镜或积分球发送；

所述电机用于带动所述第一反射镜移动；

所述第一反射镜用于将所述准直后的激光全反射至空间低温辐射计或传递辐射计；

所述积分球内部具有漫反射涂层，用于在接收所述准直后的激光后向所述准直系统发送探测激光；

所述准直系统用于对所述探测激光进行准直处理，获得辐亮度均匀的准直柱状激光；

所述第二反射镜用于全反射所述辐亮度均匀的准直柱状激光，使所述辐亮度均匀的准直柱状激光垂直入射所述漫反射板，获得所述漫反射板出射的辐亮度均匀的单色面光源。

优选的，所述激光器包括激光二极管组和激光功率稳定装置；其中，

所述激光二极管组用于发送激光；

所述激光功率稳定装置用于保持所述激光二极管组的工作功率稳定。

优选的，所述准直系统为离轴抛物面镜。

优选的，所述第一反射镜和第二反射镜表面具有全反射膜。

优选的，所述漫反射板表面具有漫反射涂层。

一种成像光谱仪星上定标方法，包括：

利用激光光源为空间低温辐射计和传递辐射计提供准直后的激光，并对所述传递辐射计进行定标；

利用所述激光光源为成像光谱仪和所述传递辐射计提供辐亮度均匀的面光源；

利用所述传递辐射计对所述成像光谱仪进行定标；

所述激光光源为上述任一实施例所述的激光光源。

优选的，利用所述传递辐射计对所述成像光谱仪进行定标包括：

利用所述传递辐射计定标成像光谱仪的多个光谱通道，获得所述多个光谱通道的光谱响应度。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种激光光源及成像光谱仪星上定标方法，其中，所述激光光源可以为所述空间低温辐射计和传递辐射计提供所述准直后的激光，以实现利用所述空间低温辐射计对所述传递辐射计的定标；另外所述激光光源还可以为所述传递辐射计和成像光谱仪提供辐亮度均匀的单色面光源，以实现利用所述传递辐射计对所述成像光谱仪的星上定标。由于所述辐亮度均匀的单色面光源中不包含紫外成分，因此不会分解所述漫反射板表面的化学组分，从而避免因此而引起的漫反射板二向反射率的变化，进而避免由于所述漫反射板二向反射率的变化而给所述成像光谱仪的星上定标带来误差的情况出现。

并且由于所述辐亮度均匀的单色面光源的单色性较好，在利用所述传递辐射计对所述成像光谱仪进行定标时不需要在所述传递辐射计内部设置滤光片，解决了空间定标波长偏移和带宽展宽的问题。同样的，由于所述辐亮度均匀的单色面光源的单色性较好，因此在利用所述传递辐射计对所述成像光谱仪进行定标过程中不需要对所述辐亮度均匀的单色面光源进行中心波长和带宽的校准，从而减少了所述成像光谱仪星上定标的流程，降低了所述成像光谱仪星上定标的难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1(a)和图1(b)为本申请的一个实施例提供的一种激光光源的结构示意图；

图2(a)和图2(b)为本申请的另一个实施例提供的一种激光光源的结构示意图；

图3为本申请的一个实施例提供的一种成像光谱仪星上定标方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种激光光源，应用于成像光谱仪星上定标，如图1(a)和图1(b)所示，包括：激光器10、光纤90、准直透镜组20、第一反射镜30、电机40、积分球50、准直系统60、第二反射镜70和漫反射板80；其中，

所述光纤90用于将所述激光器10发送的激光传送给所述准直透镜组20；

所述准直透镜组20用于对所述激光进行准直处理，并将所述准直后的激光向所述第一反射镜30或积分球50发送；

所述电机40用于带动所述第一反射镜30移动；

所述第一反射镜30用于将所述准直后的激光全反射至空间低温辐射计A或传递辐射计B；

所述积分球50内部具有漫反射涂层，用于在接收所述准直后的激光后向所述准直系统60发生探测激光；

所述准直系统60用于对所述探测激光进行准直处理，获得辐亮度均匀的准直柱状激光；

所述第二反射镜70用于全反射所述辐亮度均匀的准直柱状激光，使所述辐亮度均匀的准直柱状激光垂直入射所述漫反射板80，获得所述漫反射板80出射的辐亮度均匀的单色面光源。

需要说明的是，在利用所述空间低温辐射计A对传递辐射计B进行定标时，首先利用所述电机40控制所述第一反射镜30移动，将所述准直后的激光全反射至所述空间低温辐射计A内，获得所述空间低温辐射计A的读数；然后利用所述电机40控制所述第一反射镜30移动，将所述准直后的激光全反射至所述传递辐射计B内，利用之前获得的所述空间低温辐射计A的读数对所述传递辐射计B进行定标。一般而言，所述第一反射镜30需要能够全反射所述准直后的激光，因此一般在所述第一反射镜30表面进行贴附全反射膜的方式达到全反射的目的。但在本申请的其他实施例中，还可以通过在所述第一反射镜30表面进行光学处理的方式达到全反射的目的，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。

由于在利用所述空间低温辐射计A对所述传递辐射计B进行定标的过程中使用的是同一块反射镜(第一反射镜30)，所述第一反射镜30在通过所述电机40移动的前后的反射率等光学指标不会发生变化，因此可以实现传递辐射计B溯源于空间低温辐射计A的高精度定标。

当完成利用所述空间低温辐射计A对所述传递辐射计B的定标过程后，将所述第一反射镜30和所述电机40移开，同时如图1(b)所示设置所述积分球50、准直系统60、第二反射镜70、漫反射板80、传递辐射计B和成像光谱仪C，以使所述准直后的激光可以进入所述积分球50内。由于所述积分球50内表面具有漫反射涂层，因此准直后的激光在所述积分球50内部形成具有朗伯特性的探测激光，所述探测激光在经过所述积分球50的第一孔径光阑51和第二孔径光阑52后出射，所述第一孔径光阑51和第二孔径光阑52可以起到限制所述探测激光的出射角度(积分球50出口法线±30°)的目的。具有良好朗伯特性的所述探测激光在经过所述准直系统60准直后出射为均匀分布的准直光束(所述辐亮度均匀的准直柱状激光)，所述辐亮度均匀的准直柱状激光在经过所述第二反射镜70的全反射后垂直入射所述漫反射板80，所述漫反射板80出射的光线称之为辐亮度均匀的单色光，用于为所述传递辐射计B定标成像光谱仪C提供光源。

同样的，为了避免经所述第二反射镜70反射后的光线的衰减，需要使所述第二反射镜70具有全反射入射光线的功能。在本申请的一个实施例中，通过在所述第二反射镜70表面贴附全反射膜来实现其全反射的功能；但在本申请的其他实施例中，还可以通过其他表面处理的方式实现其全反射功能。本申请对此不做限定，具体视实际情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，如图2(a)和图2(b)所示，所述激光器10包括激光二极管组11和激光功率稳定装置12；其中，

所述激光二极管组11用于发送激光；

所述激光功率稳定装置12用于保持所述激光二极管组的工作功率稳定。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述准直系统60为离轴抛物面镜。但在本申请的其他实施例中，所述准直系统60还可以为光学镜片的组合。本申请对所述准直系统60的具体构成并不做限定，具体视实际情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，所述漫反射板80表面具有漫反射涂层。但在本申请的其他实施例中，还可以通过在漫反射板80表面进行表面处理的方式使其获得漫反射功能，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请的另一个优选实施例中，如图2(a)和图2(b)所示，所述激光光源还包括：监视探测器100，用于探测所述积分球50内的辐亮度。

所述监视探测器100可以将探测的所述积分球50内的辐亮度反馈给所述激光功率稳定装置12，以便所述激光功率稳定装置12根据所述积分球50捏的辐亮度将所述激光二极管组11的工作功率稳定在固定值。

综上所述，本申请实施例提供了一种激光光源，所述激光光源可以为所述空间低温辐射计和传递辐射计B提供所述准直后的激光，以实现利用所述空间低温辐射计A对所述传递辐射计B的定标；另外所述激光光源还可以为所述传递辐射计B和成像光谱仪C提供所述辐亮度均匀的单色面光源，以实现利用所述传递辐射计B对所述成像光谱仪C的星上定标。由于所述辐亮度均匀的单色面光源中不包含紫外成分，因此不会分解所述漫反射板80表面的化学组分，从而避免因此而引起的漫反射板80二向反射率的变化，进而避免由于所述漫反射板80二向反射率的变化而给所述成像光谱仪C的星上定标带来误差的情况出现。

并且由于所述辐亮度均匀的单色面光源的单色性较好，在利用所述传递辐射计B对所述成像光谱仪C进行定标时不需要在所述传递辐射计B内部设置滤光片，解决了空间定标波长偏移和带宽展宽的问题。同样的，由于所述辐亮度均匀的单色面光源的单色性较好，因此在利用所述传递辐射计B对所述成像光谱仪C进行定标过程中不需要对所述辐亮度均匀的单色面光源进行中心波长和带宽的校准，从而减少了所述成像光谱仪C星上定标的流程，降低了所述成像光谱仪C星上定标的难度。

进一步的，所述激光光源中的准直系统60和所述漫反射板80的方位固定，不需要如现有技术中一样设置复杂的调节装置使漫反射板80跟踪太阳方位，也因此避免了由于一年四季太阳光入射角的不同而降低所述成像光谱仪C星上定标精度的情况出现。另外，可以通过旋转所述激光光源中的漫反射板80的方式对所述漫反射板80的二向反射率的进行标定，以校正所述漫反射板80长期在轨运行而导致的自身性质的变化，从而避免因此而带来的对所述成像光谱仪C的星上定标精度的影响。

相应的，本申请实施例还提供了一种成像光谱仪C星上定标方法，如图3所示，包括：

S101：利用激光光源为空间低温辐射计A和传递辐射计B提供准直后的激光，并对所述传递辐射计B进行定标；

S102：利用所述激光光源为成像光谱仪C和所述传递辐射计B提供辐亮度均匀的单色面光源；

S103：利用所述传递辐射计B对所述成像光谱仪C进行定标；

所述激光光源为权利要求1-5任一项所述的激光光源。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个具体实施例中，利用所述传递辐射计B对所述成像光谱仪C进行定标包括：

利用所述传递辐射计B定标成像光谱仪C的多个光谱通道，获得所述多个光谱通道的光谱响应度。

在利用所述成像光谱仪C星上定标方法对所述成像光谱仪C进行星上定标时，可以选择当所述成像光谱仪C所在的卫星处于地球阴影区时进行，避免了地球反射杂散光对所述成像光谱仪C星上定标的精度的影响。

综上所述，本申请实施例提供了一种激光光源及成像光谱仪C星上定标方法，其中，所述激光光源可以为所述空间低温辐射计和传递辐射计B提供所述准直后的激光，以实现利用所述空间低温辐射计A对所述传递辐射计B的定标；另外所述激光光源还可以为所述传递辐射计B和成像光谱仪C提供所述辐亮度均匀的单色面光源，以实现利用所述传递辐射计B对所述成像光谱仪C的星上定标。由于所述辐亮度均匀的单色面光源中不包含紫外成分，因此不会分解所述漫反射板80表面的化学组分，从而避免因此而引起的漫反射板80二向反射率的变化，进而避免由于所述漫反射板80二向反射率的变化而给所述成像光谱仪C的星上定标带来误差的情况出现。

并且由于所述辐亮度均匀的单色面光源的单色性较好，在利用所述传递辐射计B对所述成像光谱仪C进行定标时不需要在所述传递辐射计B内部设置滤光片，解决了空间定标波长偏移和带宽展宽的问题。同样的，由于所述辐亮度均匀的单色面光源的单色性较好，因此在利用所述传递辐射计B对所述成像光谱仪C进行定标过程中不需要对所述辐亮度均匀的单色面光源进行中心波长和带宽的校准，从而减少了所述成像光谱仪C星上定标的流程，降低了所述成像光谱仪C星上定标的难度。

进一步的，所述激光光源中的准直系统60和所述漫反射板80的方位固定，不需要如现有技术中一样设置复杂的调节装置使漫反射板80跟踪太阳方位，也因此避免了由于一年四季太阳光入射角的不同而降低所述成像光谱仪C星上定标精度的情况出现。另外，可以通过旋转所述激光光源中的漫反射板80的方式对所述漫反射板80的二向反射率的进行标定，以校正所述漫反射板80长期在轨运行而导致的自身性质的变化，从而避免因此而带来的对所述成像光谱仪C的星上定标精度的影响。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。