一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置的制作方法

1.本实用新型属于航天遥感仪器技术领域，具体涉及一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置。


背景技术：

2.海水表面温度是全球海-气系统最重要的变量之一。它是重要的海洋参数，是气候变化的关键指标，广泛应用于描述海洋环流和动力学、上层海洋作用的研究、海洋-大气热交换，及作为数字天气预报的一个边界条件。精确测量海水温度，确保监测数据精度，对海洋物理化学、生态的研究起到至关重要的作用。
3.目前，获取海水温度的通用手段主要有水银温度表测温、传感器测温、红外测温。水银温度表测温是最直接的测温方式，根据冷热感温原理，与海水接触获得海水温度。常见的温盐传感器结合海水温度和海水盐度，拥有着可持续观测、数据快速传递的优点，适合长期测量。温度传感器则采用热敏电阻，实时监测海洋水温，并将测量数据传输至采集板块储存。红外测温则是利用物体温度高于绝对零度时向周围辐射电磁波，且辐射能量的强度及其按波长的分布与物体表面温度成正比的原理，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确测定它的表面温度。无论是水银温度表测温还是传感器测温，只能获取极小区域的海水温度，要获取大面积海水温度，需借助卫星遥感测温。卫星遥感测温本质上也属于红外测温，且搭载平台的局限性更小。
4.通常情况下，海面向上发射的长波辐射，其光谱分布几乎和黑体相同，在红外波段相当于300k黑体辐射，峰值集中在8-14μm的中红外波段，且海面辐射大小主要取决于海面温度。对于红外相机，由于对温度较为敏感，可利用测量获取的数值信号经辐射校正后转化为入瞳辐亮度，剥离大气辐射等传输过程，得到海面本体辐射量，进而反演出海水的温度。
5.但是现有技术中，卫星搭载的用于海面温度观测的遥感载荷的探测灵敏度和海面温度反演精度不足，并且卫星搭载的遥感载荷重量和体积都比较大。


技术实现要素：

6.鉴于以上背景，本实用新型的目的是提出一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置，本实用新型的内容如下：
7.本实用新型的内容在于提供一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置，其技术点在于，包括凸形外壳；固定安装在所述凸形外壳的两个短波红外相机、两个长波红外相机、相机支架和分置式斯特林制冷机机组；固定安装在所述凸形外壳外部的定标组件和电路盒；
8.所述凸形外壳包括底板和与所述底板固定安装的蒙皮，所述蒙皮的前方开设有相互对称的四个锥孔，在所述蒙皮下方两个锥孔对称轴处开设有旋转孔；
9.所述两个短波红外相机两个长波红外相机均通过相机支架固定在所述底板上，所述短波红外相机位于长波红外相机正上方，所述短波红外相机和长波红外相机光轴平行，
且同步工作；
10.所述每个短波红外相机和每个长波红外相机的视场角一样均为28.6
°
；所述两个短波红外相机和两个长波红外相机的光轴夹角一样均为24.6
°
；所述两个短波红外相机和两个长波红外相机的视场重叠角一样均为4
°
；
11.所述分置式斯特林制冷机机组与所述长波红外相机固定连接；
12.所述定标组件通过旋转孔与所述底板固定安装；
13.所述电路盒包括短波相机电路盒、长波相机电路盒和热控电路盒，所述短波相机电路盒用来驱动短波红外相机的成像、获取数据并进行图像数据预处理，所述长波相机电路盒用来驱动长波红外相机成像、获取数据并进行图像数据预处理，所述热控电路盒用来控制相机整体温度。
14.进一步的，本实用新型的短波红外相机包括短波红外相机遮光罩、短波相机望远镜和短波探测器，所述短波相机望远镜一端固定连接有短波红外相机遮光罩，所述短波相机望远镜另一端固定连接有短波探测器，所述短波红外相机遮光罩穿过所述蒙皮上方的锥孔，且与蒙皮上的锥孔紧密配合。
15.进一步的，本实用新型的短波红外相机用于获取光谱范围为0.7-1.7μm的数据，将所述数据用于云端算法检测，排除云污染对真实海面温度遥感数据的影响。
16.进一步的，本实用新型的短波相机望远镜一端通过螺纹固定连接有短波红外相机遮光罩，所述短波相机望远镜另一端通过螺纹固定连接有短波探测器。
17.进一步的，本实用新型的长波红外相机包括长波红外相机遮光罩、长波相机望远镜和长波探测器，所述长波红外相机一端固定连接有长波红外相机遮光罩，所述长波相机望远镜另一端固定连接有长波探测器，所述长波红外相机遮光罩穿过所述蒙皮下方的锥孔，且与蒙皮上的锥孔紧密配合。
18.进一步的，本实用新型的长波红外相机用于获取光谱范围为10.5-11.04μm和11.5-12.5μm数据，用于反演海面温度。
19.进一步的，本实用新型的星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置的监测精度优于0.025k。
20.进一步的，本实用新型的长波红外相机一端通过螺纹固定连接有长波红外相机遮光罩，所述长波相机望远镜另一端通过螺纹固定连接有长波探测器。
21.进一步的，本实用新型的分置式斯特林制冷机机组包括制冷机安装底板；通过杜瓦支架固定安装在所述制冷机安装底板上的探测器杜瓦组件和膨胀机；通过压缩机支架固定安装在所述制冷机安装底板上的压缩机，固定安装在所述制冷机安装底板上的前置盒和气库；所述长波探测器封装在杜瓦中组成探测器杜瓦组件，所述压缩机、膨胀机通过冷指控制长波探测器的温度，所述冷指包含在探测器杜瓦组件中。
22.进一步的，本实用新型的压缩机为双活塞对置结构，所述膨胀机带主动平衡减振器以保证所述分置式斯特林制冷机机组的可靠性、超长运行寿命和低振动干扰。
23.进一步的，本实用新型的分置式斯特林制冷机安装底板、定标组件、相机支架与相机底板接触处均设置聚酰亚胺隔热垫。
24.进一步的，本实用新型的电路盒通过螺钉固定在所述凸形外壳的外部。
25.进一步的，本实用新型的定标组件包括定标黑体支架、旋转轴、轴承座、步进电机、
高恒温定标黑体、低恒温定标黑体；
26.所述高恒温定标黑体和低恒温定标黑体固定安装在所述黑体支架的两端；
27.所述旋转轴穿过蒙皮上开设的旋转孔通过轴承座固定在所述底板上，一端与所述黑体支架固定连接，另外一端与步进电机固定连接。
28.进一步的，本实用新型的高恒温定标黑体设定温度310k。
29.进一步的，本实用新型的低恒温定标黑体设定温度290k。
30.进一步的，本实用新型的定标组件定标精度优于0.2k。
31.与现有技术相比，本实用新型的星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置的有益效果为：
32.1、本实用新型的星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置包括凸形外壳；固定安装在所述凸形外壳的两个短波红外相机、两个长波红外相机、相机支架和分置式斯特林制冷机机组；固定安装在所述凸形外壳外部的定标组件和电路盒，采用两个短波红外相机和两个长波红外相机在水平和垂直方向拼接的方式，视场拼接实现星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置视场角为53.2
°
，运行轨道高度为1000km，监测宽度为1000km的高精度海面温度监测，本实用新型提供的高精度海面温度监测装置为卫星遥感载荷，其体积为680
×
600
×
360mm3，重量为37.5kg，相比同类型卫星遥感载荷，结构紧凑，重量轻，可搭载在多种卫星平台上工作。
33.2、本实用新型的星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置包括两个短波红外相机，两个长波红外相机，其中长波红外相机用于获取光谱范围为10.5-11.04μm和11.5-12.5μm数据，对于长波红外的温度反演可利用分裂窗反演法，本实用新型利用10.5-12.5pm 的大气窗口内大气两个相邻通道（10.5~11.5μm和11.5~12.5μm )对大气吸收作的不同，采用不同波段测量结果的组合关系来消除大气的影响，进行大气和地表比辐射率的订正，从而得到海表温度，短波红外相机用于获取光谱范围为0.7-1.7μm的数据，将所述数据用于云端算法检测，排除云污染对真实海面温度遥感数据的影响，从而实现本实用新型的星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置的监测精度优于0.025k。
附图说明
34.图1为本实用新型一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置总体结构布局图；
35.图2为本实用新型一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置局部结构布局图；
36.图3为本实用新型一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置的凸形外壳结构示意图；
37.图4为本实用新型提供的短波红外相机组件结构示意图；
38.图5为本实用新型提供的长波红外相机组件结构示意图；
39.图6为本实用新型提供的一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置内部结构布局俯视图；
40.图7为本实用新型提供的定标组件结构示意图。
41.附图标记
42.1-热控电路盒，2-短波相机电路盒，3-长波相机电路盒，4-凸形外壳，5-相机支架，6-长波红外相机，7-短波红外相机，8-定标组件，9-蒙皮，10-底板，11-短波红外相机遮光罩，12-短波红外相机望远镜，13-短波探测器，14-长波红外相机望远镜，15-长波红外相机望远镜，16-探测器杜瓦组件，17-杜瓦支架，18-冷指，19-压缩机，20-压缩机支架，21-前置盒，22-气库，23-制冷机安装底板，24-聚酰亚胺隔热垫，25-定标黑体支架，26-旋转轴，27-轴承座，28-高恒温定标黑体，29-步进电机，30-低恒温定标黑体。
具体实施方式
43.以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
44.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
45.如图1所示的本实用新型的一种星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测系包括凸形外壳4；固定安装在所述凸形外壳4的两个短波红外相机7、两个长波红外相机6、相机支架5和分置式斯特林制冷机机组（图中未示出）；固定安装在所述凸形外壳4外部的定标组件8和电路盒（图中未示出），作为优选的本实用新型的电路盒（图中未示出）通过螺钉固定在所述凸形外壳4的外部，整体结构紧凑、体积小、功耗小、重量轻，可搭载在多种卫星平台上工作。
46.如图3所示本实用新型的凸形外壳4包括底板10和与所述底板10固定安装的蒙皮9，所述蒙皮9的前方开设有相互对称的4个锥孔（图中未示出），在所述蒙皮9下方两个锥孔（图中未示出）对称轴处开设有旋转孔（图中未示出）。
47.如图2所示本实用新型的两个短波红外相机7和两个长波红外相机6均通过相机支架5固定在所述底板10上，所述短波红外相机7位于长波红外相机6正上方，所述短波红外相机7和长波红外相机6光轴平行，所述每个短波红外相机7和每个长波红外相机6的视场角的视场角一样均为28.6
°
；所述两个短波红外相机7和两个长波红外相机6的光轴夹角一样均为24.6
°
；所述两个短波红外相机7和两个长波红外相机6的视场重叠角一样均为4
°
，视场拼接实现星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置视场角为53.2
°
，运行轨道高度为1000km，监测宽度为1000km的高精度海面温度监测。
48.如图5所示本实用新型的分置式斯特林制冷机机组（图中未示出）与所述长波红外相机6固定连接；
49.如图6所示本实用新型的定标组件8通过旋转孔（图中未示出）与所述底板10固定安装；
50.如图1所示本实用新型的电路盒（图中未示出）包括短波相机电路盒2、长波相机电路盒3和热控电路盒1，所述短波相机电路盒2用来驱动短波红外相机7的成像、获取数据并进行图像数据预处理，所述长波相机电路盒3用来驱动长波红外相机6成像、获取数据并进行图像数据预处理，所述热控电路盒1用来控制相机整体温度。
51.如图4所示本实用新型的短波红外相机7包括短波红外相机遮光罩11、短波相机望
远镜12和短波探测器13，所述短波相机望远镜12一端固定连接有短波红外相机遮光罩11，所述短波相机望远镜12另一端固定连接有短波探测器13，例如可选择ingaas探测器作为本实用新型的短波探测器13，所述短波红外相机遮光罩11穿过所述蒙皮9上方的锥孔（图中未示出），且与蒙皮9上的锥孔（图中未示出）紧密配合。作为优选的，本实用新型的短波红外相机7用于获取光谱范围为0.7-1.7μm的数据，将所述数据用于云端算法检测，排除云污染对真实海面温度遥感数据的影响，不需要进行制冷。作为优选的，本实用新型的短波相机望远镜12一端通过螺纹固定连接有短波红外相机遮光罩11，所述短波相机望远镜12另一端通过螺纹固定连接有短波探测器13。
52.如图5所示本实用新型的长波红外相机6包括长波红外相机遮光罩14、长波相机望远镜15和长波探测器，所述长波红外相机6一端固定连接有长波红外相机遮光罩14，所述长波相机望远镜15另一端固定连接有长波探测器（图中未示出），例如本实用新型可选择hgcdte探测器作为本实用新型的长波探测器（图中未示出），所述长波红外相机遮光罩14穿过所述蒙皮9下方的锥孔（图中未示出），且与蒙皮9上的锥孔（图中未示出）紧密配合。作为优选的，本实用新型的长波红外相机6用于获取光谱范围为10.5-11.04μm和11.5-12.5μm数据，本实用新型利用10.5-12.5pm 的大气窗口内大气两个相邻通道（10.5~11.5μm和11.5~12.5μm )对大气吸收作的不同，采用不同波段测量结果的组合关系来消除大气的影响，进行大气和地表比辐射率的订正，从而得到海表温度，在工作中需要进行制冷处理。作为优选的，本实用新型的长波红外相机6一端通过螺纹固定连接有长波红外相机遮光罩14，所述长波相机望远镜15另一端通过螺纹固定连接有长波探测器（图中未示出），通过四个相机的配合工作从而实现本实用新型的星载轻小型高探测灵敏度的海面温度检测装置的监测精度优于0.025k。
53.如图5所示本实用新型的本实用新型的分置式斯特林制冷机机组（图中未示出）包括制冷机安装底板23；通过杜瓦支架17固定安装在所述制冷机安装底板23上的探测器杜瓦组件16和膨胀机18；通过压缩机支架20固定安装在所述制冷机安装底板23上的压缩机19，固定安装在所述制冷机安装底板23上的前置盒21和气库22；所述长波探测器（图中未示出）封装在杜瓦（图中未示出）中组成探测器杜瓦组件16，所述压缩机19、膨胀机18通过冷指（图中未示出）控制长波探测器（图中未示出）的温度，所述冷指（图中未示出）包含在探测器杜瓦组件16中，作为优选的，本实用新型的压缩机19为双活塞对置结构，所述膨胀机18带主动平衡减振器以保证所述分置式斯特林制冷机机组的可靠性、超长运行寿命和低振动干扰，作为优选的，本实用新型的分置式斯特林制冷机安装底板23、定标组件8、相机支架5与相机底板10接触处均设置聚酰亚胺隔热垫24，本实用新型的分置式斯特林制冷机机组（图中未示出）可以为长波探测器（图中未示出）提供低温环境，保证探测器工作效能。
54.如图6、7所示本实用新型的定标组件8包括定标黑体支架25、旋转轴26、轴承座27、步进电机29、高恒温定标黑体28、低恒温定标黑体30；高恒温定标黑体28和低恒温定标黑体30固定安装在所述黑体支架25的两端；旋转轴26穿过蒙皮9上开设的旋转孔（图中未示出）通过轴承座27固定在所述底板10上，一端与所述黑体支架25固定连接，另外一端与步进电机29固定连接。作为优选的，本实用新型的高恒温定标黑体28设定温度310k。作为优选的，本实用新型的低恒温定标黑体30设定温度290k，本实用新型的定标组件8的定标精度优于0.2k。工作时，步进电机29通过旋转轴承座27驱动旋转轴26旋转，带动定标黑体支架25转
动。相机工作成像时，定标黑体支架25处于竖直状态。相机定标时，步进电机29旋转90
°
，高恒温定标黑体28、低恒温定标黑体30分别覆盖长波相机遮光罩14，进行第一次在轨定标，定标数据采集时间为10s。第一次定标完成后，步进电机29旋转180
°
，高恒温定标黑体28、低恒温定标黑体30变换位置，再次覆盖长波相机遮光罩14，进行第二次在轨定标，再次采集10s定标数据。两次定标完成后，步进电机29旋转90
°
，回到相机成像状态。两次旋转，同步完成2个长波红外相机6的高、低恒温环境下的在轨定标，定标全过程耗时40s，大幅提高了星上定标效率。
55.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。