一种用于热红外高光谱成像仪的复合定标装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于热红外高光谱成像仪的复合定标装置，本发明专利技术基于高分子复合材料具有热红外特征吸收光谱并易于系统集成的实际特点，提出采用“成像视场与定标视场旋转交替”的复合式结构，通过步进电机驱动实现仪器对变温黑体、目标场景、聚四氟乙烯的分时观测，从而实现辐射定标、目标探测、光谱定标三种模式。相对现有热红外高光谱成像仪定标装置只能实现辐射定标的情况，本装置能够在实现高精度辐射定标的同时实现光谱定标。本方法形成的装置稳定性强，集成度高，特别适用于机载或星载热红外高光谱成像仪器的集成使用，在定标功能上具有明显优势。

【技术实现步骤摘要】
一种用于热红外高光谱成像仪的复合定标装置
：本专利技术涉及一种应用于热红外高光谱成像仪的复合定标装置及应用方法，特指的是利用具有热红外光谱吸收特性的高分子材料和变温黑体设计而成的定标装置，利用该装置可是实现机载热红外高光谱成像仪的机上复合定标，特别适合于机载热红外高光谱成像仪的实时定量化装置研制。
技术介绍
：在地球科学领域，获取地球表面温度和光谱发射率曲线是实现地物真实物质属性识别的前提。目前的红外遥感成像技术(包括单波段成像、双波段分裂窗成像，多波段红外成像等)基于遥感数据分析得到的地物温度均利用了先验知识。从遥感的角度分析，目标真实温度的获取必须依赖物理温度和光谱发射率的准确分离，热红外高光谱成像技术为实现上述目标提供了一种全新的遥感技术手段。热红外高光谱成像仪和传统的成像光谱仪原理类似，主要是获取8.0～12.5μm谱段的精细光谱和图像信息。通过热红外发射率光谱的特性，可以减少地表热红外辐射传输方程组中的未知数个数，使不适定问题变得更加适定，得到更准确的地表温度反演结果。基于此可在地球气候变化、城市热岛效应、冷岛效应、遥感干旱指数、地震红外辐射、大气环境监测等领域发挥着重要作用。由于热红外面阵探测器、深低温光学系统等关键技术的限制，热红外谱段的高光谱成像系统在在国外以机载系统为主，尚无星载系统。近年来，随着焦平面探测器与制冷技术的发展，热红外高光谱成像仪的研制工作越来越受重视，各国相继发展了多类系统，目前该技术处于蓬勃发展期。目前的机载热红外高光谱成像仪一般设置有机上定标装置，该装置通过设计黑体实现对系统的机上辐射定标，从而提高仪器的定量化应用程度。机载热红外高光谱成像仪是一类典型的高光谱仪器，光谱特性是重要技术参数，并且由于机上/星上环境与实验室的差异，往往导致仪器实际运行时存在光谱漂移，目前尚无技术手段实现在轨的光谱标定。为解决上述问题，依据特殊设定的高分子材料在8.0～12.5um谱段具有特征红外吸收光谱峰的特点，本专利技术提出了一种基于变温黑体和聚四氟乙烯高分子材料的“成像视场与定标视场旋转交替”结构，实现机载热红外高光谱成像仪的复合定标。能够应用于机载热红外高光谱成像仪的定标装置系统涉及，有效提高热红外高光谱成像仪的定量化应用程度。
技术实现思路
：本专利技术涉及一种应用于热红外高光谱成像仪的复合定标方法及装置，特指利用气体分子振动而形成特有红外吸收光谱的特性而设计的一套遥感成像系统，特指可继承于机载或者星载热红外高光谱成像仪的同时具备光谱和辐射定标功能的复合系统。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下所述：一种针对机载热红外高光谱成像仪的复合定标系统，包括目标探测场景、复合定标装置、机载热红外高光谱成像仪。一种针对高分辨率星载热红外高光谱成像仪的复合定标系统，包括目标探测场景、星载热红外高光谱成像仪主望远镜、复合定标装置、星载热红外高光谱成像后光路本体。针对机载热红外高光谱成像仪载荷，本专利技术的工作原理是：转动部件2驱动复合定标装置转动，使目标探测场景发出的热红外辐射能够完全通过镂空部件3被机载热红外高光谱成像仪所接收，此时完成成像仪的正常目标探测工作模式；其后转动部件2驱动复合定标装置转动，使得变温黑体1完全遮挡机载热红外高光谱成像仪的光学观测视场5，设定变温黑体目标温度为T，待温度T稳定后，完成成像仪的辐射定标；最后转动部件2驱动复合定标装置转动，使得光谱定标白板4完全遮挡机载热红外高光谱成像仪的光学观测视场5，开启光谱定标白板4加热片，待温度稳定后，完成成像仪的光谱定标。经过上述三次操作，完成机载热红外高光谱成像仪同步光谱、辐射定标，存储数据共后续定量化处理实用。针对星载热红外高光谱成像仪载荷，本专利技术的工作原理一致，唯一区别在于将复合定标装置放置于成像仪主望远镜的最后一片镜子后，望远镜的焦面前，成像仪对应的观测视场同样要小于焦面位置对复合定标装置镂空部分的观测视场。一般而言，星载热红外高光谱成像仪为了实现高空间分辨率的观测效果，设计有较大口径的望远镜主镜，这样的工作原理避免了设计尺寸巨大的复合定标装置。本专利技术的优点在于：通过本方法设计的复合定标装置可以安装于机载或星载热红外高光谱成像仪载荷，实现载荷的在轨辐射和光谱同步定标，以提升载荷的定量化应用程度。由本方法设计的复合定标装置具有设计简单、操作灵活、拆装方便的技术特点。附图说明：附图1为基于机载热红外高光谱成像仪的复合定标装置示意图。附图2为基于高分辨率星载热红外高光谱成像仪的复合定标装置示意图。附图3为复合定标装置实现定标功能实现示意图。附图4为基于本方法实现的机载热红外高光谱复合定标系统实例图。附图5为复合定标装置中变温黑体表面V形槽设计示意图。附图6为复合定标装置中光谱定标白板结构设计示意图。附图7为光谱定标白板基底聚四氟乙烯材料热红外光谱吸收特性曲线图。具体实施方式：根据本
技术实现思路
，本实例构建了一套用于机载热红外高光谱成像仪的复合定标系统，如附图3所示，它包括变温黑体1、转动机构2、镂空结构3、光谱定标白板4、机载热红外高光谱成像仪观测视场5、机载热红外高光谱成像仪本体6、待探测目标场景7。机载热红外高光谱成像仪本体的主要技术指标如下：成像谱段：8.0～12.5μm；光谱分辨率：40nm空间分辨率：1.0mrad观测视场：18°焦距：30mm仪器口径：20mm复合定标系统安装于机载热红外高光谱成像仪本体6前方，其中镂空结构3镂空部分尺寸对应的视场角大于机载热红外高光谱成像仪观测视场5。复合定标装置各个部分的具体参数和设计如下：变温黑体1：温度设定范围为0～50℃，黑体有效辐射面尺寸为65mm×35mm。黑体空腔形状是保证黑体的红外辐射有很高效率的基础。黑体开口处辐射面选择导热最好的紫铜铜材，为进一步提高黑体表明有效发射率，空腔底部有效辐射面选用V形槽，槽深设计1mm，张角设计为60°，齿与齿之间宽度设计为1.15mm，该结构如图5所示。辐射面中心位置放置2支标准PT100铂电阻传感器，1支用于控温，另1支用于测温。在腔体底部贴有热电加热制冷的部件。转动机构2：由机构驱动实现复合定标装置转动到特定位置实现热红外高光谱成像仪的对目标探测，光谱定标和辐射定标三个工作模式，其采用高性能、嵌入集成一体的控制器硬件方案，执行部件为直线电机，核心是实现定标部件在三个固定位置的驱动以及辅助的角度测量。镂空结构3：相对于变温黑体核定标板，该部分只有四边为金属框架，中间为空，且镂空部分大于热红外高光谱成成像仪视场，即当电机驱动定标装置使镂空结构正对热红外高光谱成像仪时，可通过透过该结构，看到目标探测视场。光谱定标白板4：光谱定标机构由聚四氟乙烯基底、加热片以及外壳组成，通过加热片给定标基底材料加热。光谱定标白板基底材料采用高分子材料聚四氟乙烯，尺寸长宽高为75mm、35mm、8mm。定标板内放有pt100测温传感器，用来实时监测基底白板的温度。加热片电压为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于热红外高光谱成像仪的复合定标装置，包括变温黑体(1)、转动机构(2)、镂空结构(3)、光谱定标白板(4)极其对应的观测光学视场(5)，其特征在于：/n针对机载热红外高光谱成像仪载荷，转动机构(2)驱动复合定标装置转动，使目标探测场景发出的热红外辐射能够完全通过镂空部件(3)被机载热红外高光谱成像仪所接收，此时仪器为目标探测工作模式；其后转动机构(2)驱动复合定标装置转动，使得变温黑体(1)完全遮挡机载热红外高光谱成像仪的光学观测视场(5)，设定变温黑体(1)目标温度为T，待温度T稳定后，完成成像仪的辐射定标；最后转动机构(2)驱动复合定标装置转动，使得光谱定标白板(4)完全遮挡机载热红外高光谱成像仪的光学观测视场(5)，开启光谱定标白板(4)加热片，待温度稳定后，完成成像仪的光谱定标。经过上述三次操作，完成热红外高光谱成像仪同步光谱、辐射定标，存储数据共后续定量化处理实用；/n针对星载热红外高光谱成像仪载荷，可将所述的复合定标装置放置于成像仪主望远镜的最后一片镜子后，仪器狭缝之前，成像仪对应的观测视场同样要小于焦面位置对复合定标装置镂空部分的观测视场。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于热红外高光谱成像仪的复合定标装置，包括变温黑体(1)、转动机构(2)、镂空结构(3)、光谱定标白板(4)极其对应的观测光学视场(5)，其特征在于：
针对机载热红外高光谱成像仪载荷，转动机构(2)驱动复合定标装置转动，使目标探测场景发出的热红外辐射能够完全通过镂空部件(3)被机载热红外高光谱成像仪所接收，此时仪器为目标探测工作模式；其后转动机构(2)驱动复合定标装置转动，使得变温黑体(1)完全遮挡机载热红外高光谱成像仪的光学观测视场(5)，设定变温黑体(1)目标温度为T，待温度T稳定后，完成成像仪的辐射定标；最后转动机构(2)驱动复合定标装置转动，使得光谱定标白板(4)完全遮挡机载热红外高光谱成像仪的光学观测视场(5)，开启光谱定标白板(4)加热片，待温度稳定后，完成成像仪的光谱定标。经过上述三次操作，完成热红外高光谱成像仪同步光谱、辐射定标，存储数据共后续定量化处理实用；
针对星载热红外高光谱成像仪载荷，可将所述的复合定标装置放置于成像仪主望远镜的最后一片镜子后，仪器狭缝之前，成像仪对应的观测视场同样要小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：金健，徐晟，金海军，徐睿，吕刚，孔垂丰，谢佳楠，潘巍，李春来，何志平，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31