一种星载高分辨率碳监测光谱仪制造技术

本发明专利技术提供一种星载高分辨率碳监测光谱仪，光谱仪包括：光谱仪主体；安装于光谱仪主体上的镜头组件，镜头组件包括镜筒和复合透镜，镜筒安装于光谱仪主体上，复合透镜安装于镜筒内部；安装于光谱仪主体上的图像传感器，通过图像传感器实现高空间分辨率；安装于图像传感器上的线性渐变滤光片，通过线性渐变滤光片实现高光谱分辨率；其中，镜头组件的光路位于线性渐变滤光片的光路前端。将线性渐变滤光片与光学遥感相结合，线性渐变滤光片生产制造成本较低，环境适应性强，以线性渐变滤光片作为碳监测光谱仪的分光元件，能够实现高光谱分辨率，同时通过图像传感器实现高空间分辨率，从而实现碳监测光谱仪的高光谱分辨率和高空间分辨率。分辨率。分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种星载高分辨率碳监测光谱仪


[0001]本说明书涉及碳监测
，具体涉及一种星载高分辨率碳监测光谱仪。

技术介绍

[0002]碳监测是指通过综合观测、数值模拟、统计分析等手段，获取温室气体排放强度、环境中浓度、生态系统碳汇以及对生态系统影响等碳源汇状况及其变化趋势信息，以服务于应对气候变化研究和管理工作的过程。遥感技术可用于温室气体的浓度监测、排放源监测、碳汇监测等。目前，通过卫星遥感手段可以达到追踪高能耗排放的监测，同时进行宏观碳排放计算，如风能，太阳能的工厂，以及平台所能提供的碳中和的量，通过遥感卫星可以很精确计算到每一个区域的风能带来多少电量，光伏带来多少电量，同时林地、湿地、海洋环境可以带来多少碳的中和量，都可以进行量化性地计算，实现碳吸收、碳监测、碳减排。
[0003]文献1介绍了2003年以来，国内外在轨和在研的星载高光谱碳监测光学载荷的最新研究进展，综述了在轨综合性碳监测光学载荷、在轨专用碳监测光学载荷、星载轻小型碳监测光学载荷的探测体制和指标参数。
[0004]从2014年起，很多国家发射了专门用于温室气体监测的低轨遥感卫星，这些卫星具有较高的光谱分辨率和探测灵敏度，能够满足对大气中浓度极低的温室气体进行探测的需求，但也普遍存在成本高（超过1亿美元）、质量重（超过400公斤）、空间分辨率低（超过1公里）等缺点。
[0005]2016年6月，加拿大公司“GHGsat Inc.”发射了名为GHGSat
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D的高分辨率卫星，观测地球二氧化碳与甲烷浓度。该卫星是新一代温室气体监测卫星，总成本仅为前述几个温室气体测量任务的1%，重量仅15公斤，空间分辨率优于50米，用于监测目标温室气体排放源，例如区域排放源（尾矿和垃圾填埋场）和工厂烟囱（燃烧和通风等排放物）。文献2介绍了该卫星上装载的高光谱遥感仪器设计方案，美国专利US10012540B2“Fabry
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Perot Interferometer Based Satellite Detection of Atmospheric Trace Gases”公开了该卫星所应用的一种基于法布里伯罗干涉仪的大气痕量气体探测方法。该技术方案的一个显著特点是遥感仪器采用了一个具有两片平行玻璃板的法布里伯罗标准具作为窄带滤波和分光装置，但是该申请具有如下缺点：1、干涉仪包括多个组件，加工复杂、成本高，遥感仪器对两块玻璃的平行度有极其严格的要求，在卫星发射振动和在轨运行中容易受到外部干扰而降低性能。
[0006]2、光谱性能较差，根据法布里伯罗标准具的特性，只能在探测器上形成若干同心环形干涉条纹，分别对应于若干离散的窄带模式，越接近圆心的环形干涉条纹半径越小，导致多光谱对地遥感探测的实际幅宽变窄，降低了探测效率。
[0007]中国专利202010323318.9A公开了一种碳卫星任务规划的系统及方法，能够将卫星工作模式编辑成有效的任务序列，以满足卫星的观测要求和定标要求。其主要目的是为了保证卫星观测数据有效、提高定标精度，但是并未设计碳监测。
[0008]中国专利201510251620.7A公开了基于卫星
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地基CO2数据联合同化的碳源汇估测
方法，通过引进柱浓度同化方案，构建基于卫星柱浓度及地基站点观测数据为基础的卫星
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地基CO2联合同化方法。主要目的是将卫星数据和地基数据同时加入大气反演模型，从而提高区域碳源/汇估算精度。其主要在于利用卫星的探测数据开展应用。再如美国专利US10436710B2公开了一种用于气体安全和排放监测的扫描红外传感器，主要用于在地面扫描含有天然气的场地和相关基础设施，快速检测、定位、成像和量化碳氢化合物泄漏的数量和速率。该传感器的主要特征在于采集气体光谱数据通过多个带通滤光片以及对应的探测器收集，对目标扫描采用精密云台、共振振动镜、电机驱动镜或微加工镜阵列机械装置来完成。上述两个专利虽然能够起到一定的碳监测的效果，但是整体成本较高，碳监测效果也较为一般。
[0009]文献3公开了2016年发射的“高分五号”卫星上装载的大气主要温室气体监测仪（GMI），一种采用新型空间外差光谱技术（SHS）实现CO2、CH4等温室气体的超光谱探测。该仪器最高光谱分辨率达到0.035nm，但所采用的空间外差干涉仪由分束器、隔片、扩场透镜、光栅等十个光学元件胶合而成，对应力敏感。为了适应卫星发射过程所受到冲击、振动，以及在轨温度梯度变化和辐照等诸多因素的影响，空间外差干涉仪加工制造复杂、成本高。
[0010]文献4介绍了基于线性渐变滤光片成像光谱仪的概念、分类与工作原理，对其优势和适用领域进行了分析。文献5、6公开了基于线性渐变滤光片的成像光谱仪设计方法，包含系统结构与原理、系统参数等，但是只是对光谱仪进行了介绍，光谱仪并不适用于直接安装在卫星上进行碳监测。
[0011]文献1：潘俏,朱嘉诚,杨子江,顾凌军,陈新华,沈为民.星载高光谱碳监测光学载荷的研究进展.航天返回与遥感,2021,42(6),34
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44。
[0012]文献2：JERVIS,Dylan,etal.TheGHGSat
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Dimagingspectrometer.AtmosphericMeasurementTechniques,2021,14.3:2127
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2140。
[0013]文献3：熊伟.星载超光谱大气主要温室气体监测仪载荷.航天返回与遥感,2018,39(3),14
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24。
[0014]文献4：李文杰,王成良,郑新波,石斌斌,欧阳琰.基于线性渐变滤光片的成像光谱仪综述.红外,2015,36(3),1
‑
7。
[0015]文献5：王颖,巩岩.线性渐变滤光片型多光谱成像光谱仪设计[J].激光与光电子学进展,2016,53(1):013003。
[0016]文献6：Renhorn,I.G.,Bergstr
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m,D.,Hedborg,J.,Letalick,D.,&M
ö
ller,S.Highspatialresolutionhyperspectralcamerabasedonalinearvariablefilter.2016,OpticalEngineering,55(11),114105。

技术实现思路

[0017]为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供一种星载高分辨率碳监测光谱仪，将线性渐变滤光片与光学遥感相结合，线性渐变滤光片生产制造成本较低，环境适应性强，以线性渐变滤光片作为碳监测光谱仪的分光元件，能够实现高光谱分辨率。
[0018]本专利技术提供以下技术方案：一种星载高分辨率碳监测光谱仪，所述光谱仪包括：光谱仪主体；安装于所述光谱仪主体上的镜头组件，所述镜头组件包括镜筒和复合透镜，所述
镜筒安装于所述光谱仪主体上，所述镜筒套设于所述图像传感器和所述线性渐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载高分辨率碳监测光谱仪，其特征在于，所述光谱仪包括：光谱仪主体；安装于所述光谱仪主体上的镜头组件，所述镜头组件包括镜筒和复合透镜，所述镜筒安装于所述光谱仪主体上，所述复合透镜安装于所述镜筒内部；安装于所述光谱仪主体上的图像传感器，通过所述图像传感器实现高空间分辨率；安装于所述图像传感器上的线性渐变滤光片，通过所述线性渐变滤光片实现高光谱分辨率；其中，所述线性渐变滤光片位于所述复合透镜和所述图像传感器之间。2.根据权利要求1所述的星载高分辨率碳监测光谱仪，其特征在于，所述线性渐变滤光片通过在透明基底上镀制相应结构的膜层形成；和/或，被探测物体的光线透过所述线性渐变滤光片后在所述图像传感器上成像，以获得连续的高光谱分辨率数据；和/或，经过所述线性渐变滤光片分光后所有波段的空间幅宽均与所述图像传感器在垂直于线性渐变滤光片渐变方向上的最大幅宽相同。3.根据权利要求1所述的星载高分辨率碳监测光谱仪，其特征在于，所述图像传感器包括面阵探测器，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪同群，吕旺，黄孜诚，孙景乐，孟光，郁丽，陈占胜，孙聪，刘伟亮，
申请(专利权)人：上海航天空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：