基于移动非稳定平台的太阳光度计制造技术

本发明专利技术公开了一种基于移动非稳定平台的太阳光度计，包括陀螺稳定平台、设置在陀螺稳定平台上的二维转台、单臂探头、大视场鱼眼成像系统、下位机控制系统、工控机；所述单臂探头前端安装两个平行光筒，分别为测量光筒和成像光筒；所述成像光筒为小视场精跟踪成像系统，所述测量光筒用于太阳光的数据采集，将采集数据传输给下位机控制系统；所述大视场鱼眼成像系统用于捕获太阳的方位信息，并将太阳方位信息传给工控机；所述工控机作为集成操作平台，协调控制各器件的运行，由下位机控制系统控制二维转台旋转实现太阳的自动跟踪与信号测量。本发明专利技术能够在移动非稳定平台下进行同时观测400～1100nm多个分立波段的太阳光谱。400～1100nm多个分立波段的太阳光谱。400～1100nm多个分立波段的太阳光谱。

【技术实现步骤摘要】
基于移动非稳定平台的太阳光度计


[0001]本专利技术涉及光电探测
，特别是涉及一种基于移动非稳定平台的太阳光度计。

技术介绍

[0002]太阳光度计又称太阳辐射计，主要用来测量太阳直接辐射光谱特性的仪器，通过测量不同波长的太阳直接辐射随太阳高度角的变化来得到水汽和大气气溶胶，因此它是大气光学、气象研究和空气污染监测的良好设备。但是由于它的传统跟踪方式是天文视日轨迹跟踪法和四象限法相结合的粗、精跟踪技术，该种方法是基于稳定平台、南北方位可定位的情况下，只能在固定平台上进行测量。并且四象限法是利用四象限探测器的四个象限光强分布来跟踪太阳，该方法跟踪视场角太小,且只能跟踪慢速变化的目标。
[0003]因此亟需提供一种可用于移动非稳定平台上测量水汽和气溶胶的太阳光度计来解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于移动非稳定平台的太阳光度计，能够在移动非稳定平台下进行同时观测400～1100nm多个分立波段的太阳光谱。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种基于移动非稳定平台的太阳光度计，包括陀螺稳定平台、设置在陀螺稳定平台上的二维转台、安装在二维转台一侧的单臂探头、安装在二维转台顶面的大视场鱼眼成像系统、下位机控制系统、工控机；
[0006]所述单臂探头前端安装两个平行光筒，分别为测量光筒和成像光筒；所述成像光筒为小视场精跟踪成像系统，用于设置跟踪区间，通过精跟踪成像将太阳与跟踪区间的坐标差传给工控机；所述测量光筒用于太阳光的数据采集，将采集数据传输给下位机控制系统；
[0007]所述大视场鱼眼成像系统用于捕获太阳的方位信息，并将太阳方位信息传给工控机；所述工控机作为集成操作平台，协调控制各器件的运行，将获取的太阳方位的像素间距转换成二维转台的电机驱动步数，通过串口通信发送给下位机控制系统，由下位机控制系统控制二维转台旋转实现太阳的自动跟踪与信号测量。
[0008]在本专利技术一个较佳实施例中，所述二维转台包括底座箱、转动部件、减速器、步进电机、零位定位装置；
[0009]所述转动部件包括垂直安装于底座箱的水平转动箱体，单臂探头平行于底座箱、安装在水平转动箱体的侧面；
[0010]所述减速器和步进电机设置于水平转动箱体内，用于直接驱动单臂探头在水平和俯仰方位转动；
[0011]所述零位定位装置设置于水平转动箱体内，用于定位水平转动箱体的零位。
[0012]在本专利技术一个较佳实施例中，所述大视场鱼眼成像系统包括球型衰减镜、鱼眼镜头和第一数字CCD图像传感器。
[0013]进一步的，所述鱼眼镜头的视场角大于180
°
。
[0014]在本专利技术一个较佳实施例中，所述成像光筒包括衰减滤光片、第一透镜和第二数字CCD图像传感器，通过透镜成像将小视场内的太阳光斑成像于第二数字CCD图像传感器。
[0015]进一步的，所述成像光筒的内壁涂黑，前端开孔并嵌有衰减滤光片，内部含有第一透镜，后端开孔且带有外螺纹，第二数字CCD图像传感器位于单臂探头内部，带有内螺纹的镜头圈，与成像光筒后端的外螺纹连接。
[0016]在本专利技术一个较佳实施例中，所述测量光筒包括防尘窗口镜、视场光阑组、透镜，太阳辐射通过防尘窗口镜后，消杂散光的视场光阑以及透镜，用于消除杂散光。
[0017]在本专利技术一个较佳实施例中，所述单臂探头内还包括滤轮、滤轮电机、光电探测器，滤轮上安装有若干不同波段的滤光片；
[0018]在测量时通过滤轮电机旋转，使不同波段的滤光片对准探测光路，由光电探测器获得400～1100nm分立波段的太阳光谱，光电探测器将辐射信号由下位机控制系统传送至工控机。
[0019]进一步的，所述滤轮上均匀分布有若干个滤光片和一个用于背景测量的黑色不透光块，由滤轮电机驱动，通过程序自动控制转盘上滤光片的定位和切换，滤轮转盘转动一圈完成各波段的光谱测量。
[0020]在本专利技术一个较佳实施例中，该太阳光度计还包括GPS模块，用于获取太阳光度计移动时的实时经纬度信息，辅助数据跟踪和数据的反演。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术具有高精度、移动平台测量、宽观测范围、恶劣环境工作以及集成化控制的优势，能根据直接辐射数据反演出大气透过率以及水汽含量等大气参量；
[0023](2)本专利技术采用大视场鱼眼成像系统和成像光筒的双CCD两段式粗、精跟踪技术，可在移动非稳定平台下完成对太阳的全天候全自动移动跟踪，且跟踪精度高于1角分；
[0024](3)本专利技术采用透镜和鱼眼镜头成像，将天文视日轨迹跟踪方法和图像处理技术相结合达到更大的跟踪视场和较高的跟踪精度，在满足太阳光度计用于移动非稳定平台条件下的移动测量的同时，也可应用于其它对移动状态下太阳跟踪精度要求较高的场合。
附图说明
[0025]图1是本专利技术基于移动非稳定平台的太阳光度计的立体结构示意图；
[0026]图2是所述单臂探头的结构示意图；
[0027]图3是本专利技术的光学平台示意图；
[0028]图4是本专利技术所述海上透过率的测量图。
[0029]附图中各部件的标记如下：1、陀螺稳定平台，2、二维转台，21、底座箱，22、水平转动箱体，3、单臂探头，31、测量光筒，311、防尘窗口镜，312、视场光阑组，3121、孔径光阑，313、第二透镜，32、成像光筒，321、衰减滤光片，322、第一透镜，323、第二数字CCD图像传感器，33、滤轮，331、滤光片，34、滤轮电机，35、光电探测器，4、大视场鱼眼成像系统，5、下位机控制系统，6、工控机，7、GPS模块。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0031]请参阅图1，本专利技术实施例包括：
[0032]一种基于移动非稳定平台的太阳光度计，包括陀螺稳定平台1、设置在陀螺稳定平台1上的二维转台2、安装在二维转台2一侧的单臂探头3、安装在二维转台2顶面的大视场鱼眼成像系统4、下位机控制系统5、工控机6和GPS模块7。单臂探头3在二维转台2的驱动下可以在水平轴和俯仰轴的两个正交维度上旋转，实现对全空域内目标平稳精确的跟踪。该太阳光度计不仅可以在海上移动平台下进行移动测量，对海上水汽和气溶胶进行测量，也可以适用于车载平台测量使用。
[0033]结合图2，所述单臂探头3前端安装两个平行光筒，分别为测量光筒31和成像光筒32；所述成像光筒32为小视场精跟踪成像系统，用于设置跟踪区间，通过精跟踪成像将太阳与跟踪区间的坐标差传给工控机；所述测量光筒31用于太阳光的数据采集，将采集数据传输给下位机控制系统5；所述大视场鱼眼成像系统4用于捕获太阳的方位信息，并将太阳方位信息传给工控机6；所述工控机6作为集成操作平台，协调控制各器件的运本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于移动非稳定平台的太阳光度计，其特征在于，包括陀螺稳定平台、设置在陀螺稳定平台上的二维转台、安装在二维转台一侧的单臂探头、安装在二维转台顶面的大视场鱼眼成像系统、下位机控制系统、工控机；所述单臂探头前端安装两个平行光筒，分别为测量光筒和成像光筒；所述成像光筒为小视场精跟踪成像系统，用于设置跟踪区间，通过精跟踪成像将太阳与跟踪区间的坐标差传给工控机；所述测量光筒用于太阳光的数据采集，将采集数据传输给下位机控制系统；所述大视场鱼眼成像系统用于捕获太阳的方位信息，并将太阳方位信息传给工控机；所述工控机作为集成操作平台，协调控制各器件的运行，将获取的太阳方位的像素间距转换成二维转台的电机驱动步数，通过串口通信发送给下位机控制系统，由下位机控制系统控制二维转台旋转实现太阳的自动跟踪与信号测量。2.根据权利要求1所述的基于移动非稳定平台的太阳光度计，其特征在于，所述二维转台包括底座箱、转动部件、减速器、步进电机、零位定位装置；所述转动部件包括垂直安装于底座箱的水平转动箱体，单臂探头平行于底座箱、安装在水平转动箱体的侧面；所述减速器和步进电机设置于水平转动箱体内，用于直接驱动单臂探头在水平和俯仰方位转动；所述零位定位装置设置于水平转动箱体内，用于定位水平转动箱体的零位。3.根据权利要求1所述的基于移动非稳定平台的太阳光度计，其特征在于，所述大视场鱼眼成像系统包括球型衰减镜、鱼眼镜头和第一数字CCD图像传感器。4.根据权利要求3所述的基于移动非稳定平台的太阳光度计，其特征在于，所述鱼眼镜头的视场角大于180
°
。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建玉，朱海，朱文越，戴聪明，黄尧，徐刚，詹杰，魏合理，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：