新型对地辐射测量装置

本发明涉及光学辐射测量，尤其涉及一种新型对地辐射测量装置。

背景技术：

1、地球辐射收支平衡总量和变量是研究气候变化和预测未来气候走势的一个关键参数。理论上，我们可以从空间直接连续测量地球总辐照度的总量和变量。但到目前为止，人造地球卫星测量有诸多不足之处，其根本原因在于人造地球卫星对地观测视角有限，而且不是长期稳定的观测平台。现有卫星仪器的观测精度仍无法满足测量大气层上反射太阳光和地面辐射的观测需求，从而无法从空间观测到绝对总量。这一技术上的瓶颈，直接导致了辐射收支总量(绝对值)至今仍是未解的一个科学难题。随着恶劣的气候变化对人类赖以生存的自然环境带来诸多灾难性影响，迫切需要一种对地球长波(5～50μm)以及全波段(0.2～50μm)辐射总量及变化进行长期连续观测的测量方法。

2、目前对地进行辐射测量的方法主要为人造卫星。而与人造卫星平台相比，以月球为基础的地球辐射观测站有着更大的发展空间。其优势主要表现在，首先作为地球唯一的天然卫星，月球轨道要稳定得多，并且月球的天平动也是可以精确测量的，这使得月基天文观测系统将比相同类型的人造卫星观测系统位置误差小得多，测量结果稳定得多。

3、由于地月距离较远，地球张角较小，目标信号较弱；这样太阳杂散光、月球杂散光以及仪器本身背景辐射就会影响最终仪器测量精度；为了保证长时间观测，需要对太阳光以及月球表面小角度杂散光进行抑制。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种新型对地辐射测量装置，设计一大相对口径、f数仅为1.29的离轴三反光学系统，实现了小型化、轻量化。并且离轴三反光学系统引入二次成像设计，在一次像面处加入精密视场光阑，解决视场外杂散光以及内部辐射对测量结果的影响。本发明的光学系统确保了对地辐射测量高精度、高稳定性要求，不仅有助于对地辐射长期、稳定、连续的测量，同时也提高了辐射定标的精度。

2、本发明提供的新型对地辐射测量装置包括遮光筒、探测器和离轴三反结构；遮光筒固定在离轴三反结构的入光处，用于消减视场外的杂散光；探测器位于述离轴三反结构的出光处，用于接收光信号；在离轴三反结构内安装视场光阑，用于抑制小角度杂射光；将离轴三反结构的望远系数f调整至1.29，提升新型对地辐射测量装置对能量接收的效率。

3、进一步的，离轴三反结构包括安装筒、主镜、次镜、三镜和视场光阑；其中，主镜、次镜和三镜通过螺栓固定在安装筒的内部，以主镜的安装角度为基准，次镜的安装角度为15°～20°，三镜的安装角度为25°～30°；在次镜与三镜之间形成的一次像面处安装视场光阑。

4、进一步的，在遮光筒的内部等间距安装不少于两个的消杂光光阑，并在遮光筒的内部和消杂光光阑的前后表面喷涂有高吸收率黑漆。

5、进一步的，探测器的入光处安装有滤光片，通过切换不同的滤光片使所述探测器对不同波段的辐射能量的测量。

6、进一步的，探测器采用电替代绝对辐射计，通过等效电功率复现光功率造成的腔温变化，实现精确测量的电功率来标定未知的光功率。

7、进一步的，电替代绝对辐射计的光敏面尺寸与时间常数有关，为满足时间常数小于1秒，使光敏面需要小于3.5mm，结合光学设计软件进行优化，得到望远系数f为1.29。

8、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

9、1)通过光学系统构造出一次像面，并在一次像面处设置精密视场光阑，抑制掉了仪器本身的背景辐射，且对小角度杂散光进行抑制；

10、2)遮光筒内安装消杂光光阑增加了入射到遮光筒内的杂散光的散射次数，减小杂散光对测量结果的影响；

11、3)根据测量装置的结构设置将望远系数f设计为1.29，提升了整个测量装置对能量的接收效率。

技术特征：

1.一种新型对地辐射测量装置，包括遮光筒和探测器，其特征在于，还包括离轴三反结构；所述遮光筒固定在所述离轴三反结构的入光处，用于消减视场外的杂散光；所述探测器位于所述述离轴三反结构的出光处，用于接收光信号；在所述离轴三反结构内安装视场光阑，用于抑制小角度杂射光；将所述离轴三反结构的望远系数f调整至1.29，提升所述新型对地辐射测量装置对能量接收的效率。

2.根据权利要求1所述的新型对地辐射测量装置，其特征在于，所述离轴三反结构包括安装筒、主镜、次镜、三镜和视场光阑；其中，所述主镜、所述次镜和所述三镜通过螺栓固定在所述安装筒的内部，以所述主镜的安装角度为基准，所述次镜的安装角度为15°～20°，所述三镜的安装角度为25°～30°；在所述次镜与所述三镜之间形成的一次像面处安装所述视场光阑。

3.根据权利要求1所述的新型对地辐射测量装置，其特征在于，在所述遮光筒的内部等间距安装不少于两个的消杂光光阑，并在所述遮光筒的内部和所述消杂光光阑的前后表面喷涂有高吸收率黑漆。

4.根据权利要求1所述的新型对地辐射测量装置，其特征在于，所述探测器的入光处安装有滤光片，通过切换不同的滤光片使所述探测器对不同波段的辐射能量的测量。

5.根据权利要求4所述的新型对地辐射测量装置，其特征在于，所述探测器采用电替代绝对辐射计，通过等效电功率复现光功率造成的腔温变化，实现精确测量的电功率来标定未知的光功率。

6.根据权利要求5所述的新型对地辐射测量装置，其特征在于，由于所述电替代绝对辐射计的光敏面尺寸与时间常数有关，为满足所述时间常数小于1秒，使所述光敏面需要小于3.5mm，结合光学设计软件进行优化，得到所述望远系数f为1.29。

技术总结
本发明涉及光学辐射测量技术领域，尤其涉及一种新型对地辐射测量装置，包括遮光筒和探测器，还包括离轴三反结构；其中，遮光筒固定在离轴三反结构的入光处，并在其内部安装消杂光光阑，用于消减视场外的杂散光；探测器位于离轴三反结构的出光处，并在其入光口安装滤光片，用于有选择地接收光信号；在离轴三反结构内安装视场光阑，用于抑制小角度杂射光；将所述离轴三反结构的望远系数F调整至1.29，提升所述新型对地辐射测量装置对能量接收的效率。

技术研发人员：李曙琦,叶新,王钰玮,罗志涛,贾瑞栋,吴铎,刘衍峰,宋宝奇
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15