的平面光栅光谱仪结构，传感器均采用ICCD面阵传感器，其极高灵敏度可保证LIBS探测的同时传感脉冲激光诱导拉曼极其微弱的光谱信号。短波光谱仪9、中波光谱仪10与长波光谱仪11各自通过USB接口传输线18与载荷控制器19联接，向载荷控制器19输出光谱信号并且接收载荷控制器19的控制信号，用于同步开启长波ICXD探测器15、中波ICXD探测器16、短波ICXD探测器17进行曝光及调节曝光时间TB。载荷控制器19可给主激光器50发启动脉冲，并控制主激光器50与短波光谱仪9、中波光谱仪10与长波光谱仪11开启之间的延时TD。(注:本实施例，为取得较好的信噪比，对应于LIBS探测，TB设定1毫秒，TD设定为1微秒；对应于拉曼探测，TB设定140纳秒，TD设定为10纳秒)
[0052]次镜31与主镜28组成卡塞格林望远镜结构。次镜31安装在次镜支撑架32上，可由次镜调焦组件30控制沿主光轴38平移，从而改变卡塞格林望远镜的焦距，实现不同距离的激光聚焦。主镜28安装在主镜支撑架29上。
[0053]主激光器50发射的脉冲激光束经光路切换器46切换到第一路时，先由扩束准直镜45扩束准直、LIBS全反镜39反射、转折镜40转折后，再由次镜31反射，主镜28反射后，沿主光轴38向上行进，通过保护窗口 35向上穿出，再通过二维指向镜22改变行进方向，实现对目标位置点的激光聚焦。
[0054]二倍频器42、三倍频器43与四倍频器44安装在倍频选择机构41上，可由倍频选择机构41控制选择二倍频器42、三倍频器43、或是四倍频器44切入第二光轴36。主激光器50发射的脉冲激光束经光路切换器46切换到第二路时，先经二倍频器42、三倍频器43、或是四倍频器44进行倍频，倍频后的脉冲激光束依次经拉曼全反镜37、多色镜34反射，沿主光轴38向上行进，通过保护窗口 35向上穿出，再通过二维指向镜22改变行进方向，实现对目标位置点的激光照射。(注:没通过卡塞格林望远镜，非聚焦模式)
[0055]主光轴38、第二光轴36、第四光轴48三者平行；主光轴38与第三光轴47垂直；主光轴38及指向光轴55与二维指向镜22的法线共面，满足反射定律的几何关系，主光轴38与指向光轴55的交点为二维指向镜22的中心，定义为主参考点56。根据定标板13相对于主参考点56的空间位置，即距离和方位角，可算出对应二维指向镜的角度值及卡塞格林望远镜的焦距值，这些值储存在载荷控制器19的存储器中作为预设值供调用，用以实现对定标板13上定标样品的指向和激光聚焦。
[0056]基于双重复用激光光谱火星矿物成分分析系统的火星探测按以下步骤进行:
[0057](1)在轨 LIBS 定标
[0058]a.将第一块LIBS定标样品设为当前LIBS定标样品。
[0059]b.载荷控制器19根据存储器的预设值，发出相应的控制指令给二维转动控制组件53，使其带动二维指向镜22绕水平轴和垂直轴转动，至指向光轴55相交于定标板13的当前LIBS定标样品上。
[0060]c.载荷控制器19根据存储器的预设值，发出相应的控制指令给次镜调焦组件30，使卡塞格林望远镜的焦点可准确落在指向光轴55与定标板13的当前LIBS定标样品的相交点上。载荷控制器19发出控制指令给光路切换器46，使其切换至第一路。载荷控制器19按LIBS探测的需求，设定好相应的TB和TD。载荷控制器19发出启动指令开启主激光器50 (本实施例为纳秒级1064nm半导体栗浦固体激光器)，主激光器50发出一个1064nm脉冲激光束先由扩束准直镜45扩束准直、LIBS全反镜39反射、转折镜40转折后，再由次镜31反射，主镜28反射后，沿主光轴38向上行进，通过保护窗口 35向上穿出，再通过二维指向镜22改变行进方向沿指向光轴55传输，聚焦击中定标板13的当前LIBS定标样品。激发出的LIBS回波信号沿指向光轴55传至二维指向镜22，再由二维指向镜22反射向下沿主光轴38传输，向下通过保护窗口 35，依次经主镜28及次镜31反射，沿主光轴38向下行进，通过主镜28中间的圆孔后，经中继透镜组27聚焦，第一分色片26反射，第二分色片25反射，会聚于紫外可见光谱仪光纤4端面上。由紫外可见光谱仪光纤4收集的LIBS信号经光纤复用器5分为短中长波三路，分别沿短波光纤6、中波光纤7、长波光纤8进入短波光谱仪9 (注:本实施例中光谱范围240-340nm，光谱分辨率0.lnm)、中波光谱仪10 (注:本实施例中光谱范围340-540nm，光谱分辨率0.2nm)、长波光谱仪11 (注:本实施例中光谱范围540-850nm，光谱分辨率0.3nm)，再分别由短波ICXD探测器17、中波ICXD探测器16、长波ICXD探测器15传感转化为LIBS光谱信号，并送至载荷控制器19进行存储分析。
[0061]d.依次将第二块、第三块、…、直至最后一块LIBS定标样品设为当前LIBS定标样品。不断重复步骤b.与c.，采集当前LIBS定标样品的LIBS光谱信号并在载荷控制器19进行存储，直至完成定标板13所有LIBS定标样品的LIBS光谱信号的存储。
[0062](2)在轨拉曼定标
[0063]e.载荷控制器19按拉曼探测的需求，设定好相应的TB和TD。将第一块拉曼定标样品设为当前拉曼定标样品。
[0064]f.载荷控制器19根据存储器的预设值，发出相应的控制指令给二维转动控制组件53，使其带动二维指向镜22绕水平轴和垂直轴转动，至指向光轴55相交于定标板13的当前拉曼定标样品上。载荷控制器19发出控制指令给光路切换器46，使其切换至第二路。
[0065]g.载荷控制器19发出控制指令给倍频选择机构41，由倍频选择机构41控制选择二倍频器42切入第二光轴36。载荷控制器19发出启动指令开启主激光器50。主激光器50发射的一个1064nm脉冲激光束，先经二倍频器42倍频(注:本实施例倍频后为532nm脉冲激光)，倍频后的脉冲激光束依次经拉曼全反镜37、多色镜34反射，沿主光轴38向上行进，通过保护窗口 35向上穿出，再通过二维指向镜22改变行进方向沿指向光轴55传输，击中当前拉曼定标样品。激发出的斯托克斯拉曼回波信号沿指向光轴55传至二维指向镜22，再由二维指向镜22反射向下沿主光轴38传输，向下通过保护窗口 35，依次经主镜28及次镜31反射，沿主光轴38向下行进，通过主镜28中间的圆孔后，经中继透镜组27聚焦，第一分色片26反射，第二分色片25反射，会聚于紫外可见光谱仪光纤4端面上。由紫外可见光谱仪光纤4收集的斯托克斯拉曼回波信号经光纤复用器5沿长波光纤8进入长波光谱仪11，再由长波ICCD探测器15传感转化为长波谱段拉曼光谱信号，并送至载荷控制器19进行存储分析。
[0066]h.载荷控制器19发出控制指令给倍频选择机构41，由倍频选择机构41控制选择三倍频器43切入第二光轴36。载荷控制器19发出启动指令开启主激光器50。主激光器50发射的一个1064nm脉冲激光束，先经三倍频器43倍频(注:本实施例三倍频后为355nm脉冲激光)，三倍频后的脉冲激光束依次经拉曼全反镜37、多色镜34反射，沿主光轴38向上行进，通过保护窗口 35向上穿出，再通过二维指向镜22改变行进方向沿指向光轴55传输，击中当前拉曼定标样品。激发出的斯托克斯拉曼回波信号沿指向光轴55传至二维指向镜22，再由二维指向镜22反射向下沿主光轴38传输，向下通过保护窗口 35，依次经主镜28及次镜31反射，沿主光轴38向下行进，通过主镜28中间的圆孔后，经中继透镜组27聚焦，第一分色片26反射，第二分色片25反射，会聚于紫外可见光谱仪光纤4端面上。由紫外可见光谱仪光纤4收集的斯托克斯拉曼回波信号经光纤复用器5沿中波光纤7进入长波光谱仪10，再由中波ICCD探测器16传感转化为中波谱段拉曼光谱信号，并送至载荷控制器19进行存储分析。
[0067]1.载荷控制器19发出控制指令给倍频选择机构41，由倍频选择机构41控制选择四倍频器44切入第二光轴36。载荷控制器19发出启动指令开启主激光器50。主激光器50发射的一个1064nm脉冲激光束，先经四倍频器44倍频(注:本实施例四倍频后为266nm脉冲激光)，四倍频后的脉冲激光束依次经拉曼全反镜37、多色镜34反射，沿主光轴38向上行进，通过保护窗口 35向上穿出，再通过二维指向镜22改变行进方向沿指向光轴55传输，击中当前拉曼定标样品。激发出的斯托克斯拉曼回波信号沿指向光轴55传至二维指向镜22，再由二维指向镜22反射向下沿主光轴38传输，向下通过保护窗口 35，依次经主镜28及次镜31反射，沿主光轴38向下行进，通过主镜28中间的圆孔后，经中继透镜组27聚焦，第一分色片26反射，第二分色片25反射，会聚于紫外可见光谱仪光纤4端面上。由紫外可见光谱仪光纤4收集的斯托克斯拉曼回波信号经光纤复用器5沿短波光纤6进入短波光谱仪9，再由短波ICCD探测器17传感转化为短波谱段拉曼光谱信号，并送至载荷控制器19进行存储分析。
[0068]j.依次将第二块、第三块、…、直至最后一块拉曼定标样品设为当前拉曼定标样品。不断重复步骤f.至1.，采集当前拉曼定标样品的长、中、短波谱段拉曼光谱信号并在载荷控制器19进行存储，直至完成定标板13所有拉曼定标样品的拉曼光谱信号的存储。
[0069](3)火星目标自聚焦
[0070]k.载荷控制器19发出控制指令给二维转动控制组件53，使其带动二维指向镜22绕水平轴和垂直轴转动，至指向光轴55指向火星车前下方探测区域的某一火星矿物、土壤或岩石目标1。指向光轴55与火星矿物、土壤或岩石目标1的交点为测试点2。
[0071]1.载荷控制器19发出启动指令给自聚焦激光器33 (注:本实施例为Rayscience公司的连续激光二极管QLD-808-150SN，其波长为808nm)，自聚焦激光器33发射出连续激光束向上透射过多色镜34(注:本实施例中，该多色镜双面镀高透膜及高反膜，可实现808nm高透射，266nm、355nm及532nm高反射)，再上穿保护窗口 35，通过二维指向镜22改变行进方向沿指向光轴55传输，连续照射测试点2。测试点2反射的回波信号沿指向光轴55传至二维指向镜22，再由二维指向镜22反射向下沿主光轴38传输，向下通过保护窗口35，依次经主镜28及次镜31反射，沿主光轴38向下行进，通过主镜28中间的圆孔后，经中继透镜组27聚焦，第一分色片26反射，第二分色片25透射，会聚于自聚焦探测器24。自聚焦探测器24将其传感的回波强度值传送给载荷控制器19进行分析。载荷控制器19发出控制指令给次镜调焦组件30，连续改变卡塞格林望远镜的焦距，直至自聚焦探测器24传感的回波强度值达到峰值。此时，测试点2即为卡塞格林望远镜的聚焦点。
[0072](4)火星目标探测
[0073]m.火星目标LIBS探测
[0074]载荷控制器19发出控制指令给光路切换器46，使其切换至第一路。载荷控制器19按LIBS探测的需求，设定好相应的TB和TD。载荷控制器19发出启动指令开启主激光器50，主激光器50发出一个1064nm脉冲激光束先由扩束准直镜45扩束准直、LIBS全反镜39反射、转折镜40转折后，再由次镜31反射，主镜28反射后，沿主光轴38向上行进，通过保护窗口 35向上穿出，再