一種用于行星表面就位精細(xì)光譜分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于行星表面就位精細(xì)光譜分析系統(tǒng)，它包括定標(biāo)防塵模塊、光譜分析模塊、數(shù)據(jù)采集與控制模塊、安裝基座。該儀器利用多射頻復(fù)合聲光驅(qū)動(dòng)技術(shù)，結(jié)合雙通道分立探測(cè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像及光譜數(shù)據(jù)的獲取，用于精細(xì)光譜分析；采用輕型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)集成化的定標(biāo)防塵板、配以指向鏡，實(shí)現(xiàn)行星表面惡劣環(huán)境下的探測(cè)、定標(biāo)、防塵及保溫功能；采用復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)儀器的緊湊型及輕小型。利用該發(fā)明實(shí)施的儀器具有集成度高，輕小型及多功能的特點(diǎn)，具備無(wú)人程控下的自主精細(xì)光譜分析功能的同時(shí)能適應(yīng)行星表面惡劣環(huán)境，滿足深空行星表面探測(cè)對(duì)新型儀器的需求。
【專利說明】一種用于行星表面就位精細(xì)光譜分析系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種光譜分析系統(tǒng)，特別指一種就位精細(xì)光譜分析的儀器，它采用多 射頻復(fù)合聲光驅(qū)動(dòng)技術(shù)，結(jié)合雙通道分立探測(cè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像及光譜數(shù)據(jù)的獲取，用于光譜 分析；采用輕型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)集成化的定標(biāo)防塵板、配以指向鏡，實(shí)現(xiàn)探測(cè)、定標(biāo)、防塵及保 溫功能；采用復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)儀器的緊湊型及輕小型，特別適合于行星表面探測(cè)等 惡劣環(huán)境下的就位精細(xì)光譜分析應(yīng)用。

【背景技術(shù)】：
[0002] 形態(tài)測(cè)量和光譜測(cè)量是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和成份的主要方法，其基于不同物質(zhì)目標(biāo)的 光譜特征，以及微粒的尺寸和形狀各不相同。成像光譜儀能在獲取所觀測(cè)目標(biāo)二維空間信 息的同時(shí)，以高光譜分辨率獲取目標(biāo)的光譜信息，在光譜圖像立方體上有可能直接區(qū)分和 識(shí)別目標(biāo)，在土地資源調(diào)查、農(nóng)林業(yè)、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海洋、數(shù)字城市等國(guó)民經(jīng)濟(jì)方面和偽 裝識(shí)別、作戰(zhàn)環(huán)境偵察、空間探測(cè)等軍事應(yīng)用方面均有重要應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 圖像能提供地面目標(biāo)精細(xì)的幾何特性，而光譜提供目標(biāo)的光譜信息，能通過對(duì)地 物幾何及特征光譜的判別進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和分類。成像光譜技術(shù)起源于上世紀(jì)70年代初期 的多光譜遙感技術(shù)，并隨著對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用的需要而發(fā)展，成像光譜儀是一種在成像光譜技 術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新概念光學(xué)有效載荷。隨著光學(xué)、計(jì)算機(jī)和焦平面探測(cè)器等基礎(chǔ)技術(shù) 的不斷發(fā)展，成像光譜技術(shù)在九十年代取得了巨大進(jìn)步。成像光譜儀器的研制及應(yīng)用，最終 目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)地物目標(biāo)的幾何及光譜特征的測(cè)量，與遙感相機(jī)或光譜儀相比，在目標(biāo)識(shí)別 方面具有更強(qiáng)的能力。
[0004] 在過去三十年里，成像光譜技術(shù)獲得巨大的發(fā)展，在礦產(chǎn)資源、環(huán)境監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng) 林和軍事國(guó)防等方面發(fā)揮了重要的作用，但是，就行星表面就位目標(biāo)探測(cè)及識(shí)別而言，需要 實(shí)現(xiàn)行星表面礦物識(shí)別目標(biāo)的同時(shí)，滿足體積、重量及惡劣環(huán)境的特殊要求，現(xiàn)有技術(shù)方式 存在一定局限。針對(duì)行星表面目標(biāo)就位探測(cè)，需要解決以下幾方面的問題：1)行星表面目 標(biāo)就位探測(cè)對(duì)圖像及光譜獲取能力的需求；2)行星表面探測(cè)對(duì)惡劣溫度及防塵環(huán)境的適 應(yīng)要求；3)現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)及性能監(jiān)測(cè)要求；4)輕小型、低功耗的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 綜上所述，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不適用行星表面就位精細(xì)光譜分析相關(guān)要求的局限性， 本發(fā)明提供一種適用于行星表面就位精細(xì)光譜分析系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)行星表面礦物識(shí)別目標(biāo)的 同時(shí)，滿足體積、重量及惡劣環(huán)境的特殊要求。本發(fā)明主要特點(diǎn)為：1)采用雙通道分立探 測(cè)，結(jié)合多射頻復(fù)合聲光驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖像及光譜數(shù)據(jù)的獲取，用于光譜分析；2)采 用輕型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)集成化的定標(biāo)防塵板、配以指向鏡，實(shí)現(xiàn)探測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)、防塵保溫功 能；3)采用復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)儀器的緊湊型及輕小型。
[0006] 本發(fā)明提供的一種適用于行星表面就位精細(xì)光譜分析系統(tǒng)包括定標(biāo)防塵模塊1、 光譜分析模塊2、數(shù)據(jù)采集與控制模塊3、安裝基座4,如附圖1所示。
[0007] 所述的定標(biāo)防塵模塊1由防塵蓋101、定標(biāo)漫反射板102、超聲電機(jī)103、結(jié)構(gòu)支架 104組成；模塊使用超聲電機(jī)103驅(qū)動(dòng)，當(dāng)超聲電機(jī)不工作時(shí)，斷電自鎖實(shí)現(xiàn)零功耗定位；所 述的定標(biāo)漫射板102嵌入防塵蓋101內(nèi)組成集成緊湊型的定標(biāo)防塵板，當(dāng)儀器待機(jī)或關(guān)機(jī) 時(shí)，定標(biāo)防塵板處于防塵位置，防塵蓋保護(hù)防止灰塵污染定標(biāo)漫射板及儀器內(nèi)部；當(dāng)儀器定 標(biāo)時(shí)，定標(biāo)防塵板處于定標(biāo)位置，定標(biāo)漫射板102漫反射太陽(yáng)光用于儀器定標(biāo)；當(dāng)儀器探測(cè) 時(shí)，定標(biāo)防塵板處于探測(cè)位置，讓開光路通道，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)；
[0008] 所述的光譜分析模塊2由可見近紅外子模塊及短波紅外子模塊組成，兩者共用指 向反射鏡20及L型光學(xué)底板21，其中短波紅外子模塊由紅外成像鏡211、紅外視場(chǎng)光闌 212、紅外光路折轉(zhuǎn)反射鏡213、紅外準(zhǔn)直鏡214、紅外A0TF215、紅外會(huì)聚鏡216、紅外像面 折轉(zhuǎn)反射鏡217、紅外探測(cè)器218組成，可見近紅外子模塊由可見成像鏡221、可見視場(chǎng)光 闌222、可見光路折轉(zhuǎn)反射鏡223、可見準(zhǔn)直鏡224、可見A0TF225、可見會(huì)聚鏡226、可見像 面折轉(zhuǎn)反射鏡227、可見探測(cè)器228組成。光譜分析模塊2的分光器件使用聲光可調(diào)濾光 器A0TF實(shí)現(xiàn)時(shí)間掃描的凝視型精細(xì)光譜探測(cè)；通過可見近紅外及短波紅外的雙通道分立 探測(cè)，配以復(fù)合射頻驅(qū)動(dòng)組合實(shí)現(xiàn)全譜段高性能；采用光路多重折轉(zhuǎn)的復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)緊湊及輕小型，雙通道串行分立工作，進(jìn)一步降低功耗。光譜分析系統(tǒng)工作時(shí)，探測(cè)目 標(biāo)（探測(cè)工況）或定標(biāo)漫射板（定標(biāo)工況）反射的太陽(yáng)光輻射，首先經(jīng)共用指向反射鏡20 進(jìn)入光譜探測(cè)模塊2,然后分別進(jìn)入雙通道（可見近紅外子模塊及短波紅外子模塊）分立探 測(cè)。其中可見成像鏡221將光輻射成像于可見視場(chǎng)光闌222上、由可見光路折轉(zhuǎn)反射鏡223 折轉(zhuǎn)后進(jìn)入可見準(zhǔn)直鏡224準(zhǔn)直，然后由可見A0TF225實(shí)現(xiàn)程控射頻驅(qū)動(dòng)選擇衍射光波長(zhǎng)， 再由可見會(huì)聚鏡226會(huì)聚，經(jīng)可見像面折轉(zhuǎn)反射鏡227會(huì)聚至可見探測(cè)器228上，實(shí)現(xiàn)可見 近紅外譜段光譜圖像探測(cè)；短波紅外子模塊由紅外成像鏡211將光輻射成像于紅外視場(chǎng)光 闌212,由紅外光路折轉(zhuǎn)反射鏡213折轉(zhuǎn)后進(jìn)入紅外準(zhǔn)直鏡214準(zhǔn)直，然后由紅外A0TF215 實(shí)現(xiàn)程控射頻驅(qū)動(dòng)選擇衍射光波長(zhǎng)，再由紅外會(huì)聚鏡216會(huì)聚，經(jīng)紅外像面折轉(zhuǎn)反射鏡217 會(huì)聚至紅外探測(cè)器218上，實(shí)現(xiàn)紅外光譜探測(cè)。
[0009] 所述的數(shù)據(jù)采集與控制模塊3由主控FPGA31、超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路311、可見探測(cè)器 驅(qū)動(dòng)電路312、紅外探測(cè)器前放電路313、射頻匹配電路34、DDS射頻發(fā)生電路341、射頻功 率放大器342、射頻功率開關(guān)343、射頻邏輯切換電路344、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)電路321、數(shù)據(jù)接 口 322、總線32、二次電源331、一次電源接口 33組成。其中一次電源接口 33供電轉(zhuǎn)化為 二次電源331滿足數(shù)據(jù)采集與探制模塊3各單元的供電需求；由總線32接收指令通過主控 FPGA31控制光譜分析系統(tǒng)工作；主控FPGA31控制超聲驅(qū)動(dòng)電路311控制超聲電機(jī)103工 作，實(shí)現(xiàn)定標(biāo)防塵板按需要置于防塵、定標(biāo)或探測(cè)位置；主控FPGA31控制DDS射頻發(fā)生電路 341產(chǎn)生所需頻率的射頻信號(hào)，通過射頻功率放大器342放大，控制射頻邏輯切換電路344 通過射頻功率開關(guān)342選擇驅(qū)動(dòng)通道，施加于相應(yīng)的射頻匹配電路34實(shí)現(xiàn)對(duì)可見A0TF225 及紅外A0TF215的控制，滿足儀器光譜選擇的需求；主控FPGA31控制紅外探測(cè)器前放電路 313及可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路312工作，采集圖像及光譜信號(hào)，由數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)電路321處 理及存儲(chǔ)，并通過數(shù)據(jù)接口 322經(jīng)由總線32輸出；
[0010] 系統(tǒng)具體工作步驟如下：
[0011] 1)加電待機(jī)，超聲驅(qū)動(dòng)電路311，射頻功率放大器342,可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路312、 紅外探測(cè)器前放電路313等較大功率電路待機(jī)；主控FPGA31待命工作；
[0012] 2)主控FPGA31接收并解譯指令，按指令要求工作；
[0013] 3)定標(biāo)防塵模塊工作：探測(cè)工況時(shí)，控制超聲電機(jī)103驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板外于探測(cè) 位置；定標(biāo)工況時(shí)，超聲電機(jī)103驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板外于定標(biāo)位置；
[0014] 4)定標(biāo)防塵模塊結(jié)束工作，超聲驅(qū)動(dòng)電路311待機(jī)節(jié)能；
[0015] 5)可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路312工作，采集暗噪聲；
[0016] 6)射頻功率放大器342工作，采集光譜圖像數(shù)據(jù)；
[0017] 7)可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路312,射頻功率放大器342待機(jī)節(jié)能；
[0018] 8)紅外探測(cè)器前放電路313工作，紅外探測(cè)器218致冷；
[0019] 9)紅外探測(cè)器前放電路313采集暗電流；
[0020] 10)射頻功率放大器342工作，采集紅外光譜圖像數(shù)據(jù)；
[0021] 11)紅外探測(cè)器前放電路313,射頻功率放大器342待機(jī)節(jié)能；
[0022] 12)定標(biāo)防塵模塊工作：控制超聲電機(jī)103驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板外于防塵位置；
[0023] 13)定標(biāo)防塵模塊結(jié)束工作，超聲驅(qū)動(dòng)電路311待機(jī)節(jié)能；
[0024] 14)待機(jī)，等待下一步工作指令。
[0025] 本發(fā)明技術(shù)解決思路如下：利用超聲電機(jī)斷電自鎖、輕小型的特性實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)定標(biāo) 防塵板在探測(cè)、定標(biāo)、防塵工位上的切換；利用聲光可調(diào)濾光器組合，配以復(fù)合射頻驅(qū)動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)目標(biāo)圖像及光譜數(shù)據(jù)獲取，并通過采用雙通道分立探測(cè)，采用適應(yīng)性復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)緊湊及輕小型的寬譜段精細(xì)光譜分析儀器。本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)措施如下：
[0026] 1使用輕型超聲電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板在探測(cè)、定標(biāo)、防塵工位上的 切換；利用超聲電機(jī)斷電自鎖特性實(shí)現(xiàn)切換后的零功耗定位，滿足行星表面探測(cè)低功耗的 需求；
[0027] 2使用聲光可調(diào)濾光器，實(shí)現(xiàn)時(shí)間掃描的凝視型精細(xì)光譜探測(cè)；通過可見近紅外 及短波紅外的雙通道分立探測(cè)，配以復(fù)合射頻驅(qū)動(dòng)組合實(shí)現(xiàn)全譜段高性能；
[0028] 3采用光路多重折轉(zhuǎn)的復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)緊湊及輕小型的寬譜段精細(xì)光譜 分析儀器。
[0029] 4設(shè)定串行工作流程，簡(jiǎn)化電路及降低功耗，適應(yīng)定標(biāo)及探測(cè)工況下的光譜信號(hào)探 測(cè)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)輕小型及低功耗。
[0030] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0031] 1)利用超聲電機(jī)輕型及斷電自鎖特點(diǎn)，適應(yīng)行星表面惡劣環(huán)境需求，滿足儀器在 探測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)及防塵保溫工況切換的同時(shí)實(shí)現(xiàn)儀器的輕小型；
[0032] 2)可見近紅外及短波紅外的雙通道分立探測(cè)設(shè)計(jì)，采用光路多重折轉(zhuǎn)的復(fù)雜光機(jī) 構(gòu)型，使用聲光可調(diào)濾光器配以復(fù)合射頻組合驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)緊湊及輕小型的寬譜段精細(xì)光譜探 測(cè)。
[0033] 該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)行星表面探測(cè)對(duì)高性能就位精細(xì)光譜分析的同時(shí)滿足體積、重量 及惡劣環(huán)境的特殊要求，適應(yīng)月球等地外行星表面就位精細(xì)光譜分析的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0034] 圖1為本發(fā)明就位精細(xì)光譜分析系統(tǒng)模型爆炸示意圖，其中圖A為定標(biāo)防塵模塊 說明圖，圖B為光譜探測(cè)模塊說明圖；圖C為定標(biāo)防塵模塊和數(shù)據(jù)采集與控制模塊說明圖。
[0035] 圖中：1--為定標(biāo)防塵模塊；
[0036] 2 為光譜探測(cè)模塊；
[0037] 3----為數(shù)據(jù)米集與控制模塊；
[0038] 4--為安裝基座。
[0039] 圖2為本發(fā)明中定標(biāo)防塵模塊1說明圖。
[0040] 圖3為本發(fā)明中光譜探測(cè)模塊2說明圖。
[0041] 圖4為本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集與控制模塊3模塊說明圖。

【具體實(shí)施方式】：
[0042] 下面結(jié)合圖1?圖4給出本發(fā)明一個(gè)較好實(shí)施例，主要作進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明 的特點(diǎn)，而非用來限定本發(fā)明的范圍：
[0043] 先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例用于行星表面就位精細(xì)光譜分析儀器示 意圖，由定標(biāo)防塵模塊1、光譜探測(cè)模塊2、數(shù)據(jù)采集與控制模塊3、安裝基座4組成。其定標(biāo) 防塵模塊1采用超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成化的定標(biāo)防塵板、配以指向鏡，實(shí)現(xiàn)探測(cè)、定標(biāo)、防塵及 保溫功能；其光譜探測(cè)模塊2采用雙通道分立探測(cè)及復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)緊湊型、輕量 化的目標(biāo)圖像及光譜數(shù)據(jù)的獲取模塊，用于光譜分析；其數(shù)據(jù)采集與控制模塊3采用多射 頻復(fù)合聲光驅(qū)動(dòng)A0TF及串行工作流程，簡(jiǎn)化電路及降低功耗，適應(yīng)行星表面探測(cè)等惡劣環(huán) 境下的應(yīng)用需求。
[0044] 1、請(qǐng)參閱圖2,定標(biāo)防塵模塊1由防塵蓋101、定標(biāo)漫反射板102、超聲電機(jī)103、結(jié) 構(gòu)支架104組成。其中定標(biāo)漫射板102嵌入防塵蓋101內(nèi)組成定標(biāo)防塵板，由超聲電機(jī)103 驅(qū)動(dòng)其于探測(cè)、定標(biāo)、防塵三者間位置的切換，當(dāng)儀器不工作時(shí)，定標(biāo)防塵板處于防塵位置， 防塵灰塵污染定標(biāo)板及內(nèi)部光學(xué)元件；當(dāng)儀器定標(biāo)時(shí)，定標(biāo)防塵板處于定標(biāo)位置，與安裝平 臺(tái)水平，漫反射太陽(yáng)光用于儀器定標(biāo)；當(dāng)儀器探測(cè)時(shí)，定標(biāo)防塵板處于探測(cè)位置，讓開光路 通道，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。
[0045] 使用的超聲電機(jī)103由南京航空航天大學(xué)及上海技術(shù)物理研究所聯(lián)合研制的空 間應(yīng)用型TRUM-30電機(jī)，其主要技術(shù)指標(biāo)為 ：
[0046] a)尺寸：DXh彡030 X 20mm。
[0047] b)額定扭距：> 0· 08Nm正/反轉(zhuǎn)。
[0048] c)額定轉(zhuǎn)速：> 100r/min。
[0049] d)自鎖力矩：彡0· INm。
[0050] e)電源電壓12?15V，功耗小于12W。
[0051] f)定、轉(zhuǎn)子質(zhì)量：彡40g。
[0052] 定標(biāo)漫射板102由合肥物質(zhì)研究院研制的CE-DBB-ZS1型定標(biāo)漫射板，其主要技術(shù) 指標(biāo)為：
[0053] a)譜段：400 ?2500mm ;
[0054] b)全譜段半球反射率：反射率>85% ;
[0055] c)面非均勻性：優(yōu)于1% ;
[0056] d)郎伯性：要求天頂角45°、方位角0°觀測(cè)（以光譜儀觀測(cè)方位為0度，下同）， 入射方位角為90°時(shí)，在入射天頂角75°附近BRDF變化小于10%。/°、45°附近變化小于 4%〇 /° ；
[0057] e)尺寸：52mm X 48mm X 10mm ;
[0058] f)重量：<40 克；
[0059] 2、請(qǐng)參閱圖3,光譜分析模塊2所述的光譜分析模塊2由可見近紅外子模塊及短波 紅外子模塊組成，兩者共用指向反射鏡20及L型光學(xué)底板21，其中短波紅外子模塊由紅外 成像鏡211、紅外視場(chǎng)光闌212、紅外光路折轉(zhuǎn)反射鏡213、紅外準(zhǔn)直鏡214、紅外A0TF215、紅 外會(huì)聚鏡216、紅外像面折轉(zhuǎn)反射鏡217、紅外探測(cè)器218組成，可見近紅外子模塊由可見成 像鏡221、可見視場(chǎng)光闌222、可見光路折轉(zhuǎn)反射鏡223、可見準(zhǔn)直鏡224、可見A0TF225、可見 會(huì)聚鏡226、可見像面折轉(zhuǎn)反射鏡227、可見探測(cè)器228組成。光譜分析模塊2的分光器件 使用聲光可調(diào)濾光器（A0TF)實(shí)現(xiàn)時(shí)間掃描的凝視型精細(xì)光譜探測(cè)；通過可見近紅外及短 波紅外的雙通道分立探測(cè)，配以復(fù)合射頻驅(qū)動(dòng)組合實(shí)現(xiàn)全譜段高性能；采用光路多重折轉(zhuǎn) 的復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)緊湊及輕小型，雙通道串行分立工作，進(jìn)一步降低功耗。
[0060] 光譜分析系統(tǒng)工作時(shí)，探測(cè)目標(biāo)（探測(cè)工況）或定標(biāo)漫射板（定標(biāo)工況）反射的 太陽(yáng)光輻射，首先經(jīng)共用指向反射鏡20進(jìn)入光譜探測(cè)模塊2,然后分別進(jìn)入雙通道（可見 近紅外子模塊及短波紅外子模塊）分立探測(cè)。其中可見成像鏡221將光輻射成像于可見視 場(chǎng)光闌222上、由可見光路折轉(zhuǎn)反射鏡223折轉(zhuǎn)后進(jìn)入可見準(zhǔn)直鏡224準(zhǔn)直，然后由可見 A0TF225實(shí)現(xiàn)程控射頻驅(qū)動(dòng)選擇衍射光波長(zhǎng)，再由可見會(huì)聚鏡226會(huì)聚，經(jīng)可見像面折轉(zhuǎn)反 射鏡227會(huì)聚至可見探測(cè)器228上，實(shí)現(xiàn)可見近紅外譜段光譜圖像探測(cè)；短波紅外子模塊由 紅外成像鏡211將光輻射成像于紅外視場(chǎng)光闌212,由紅外光路折轉(zhuǎn)反射鏡213折轉(zhuǎn)后進(jìn)入 紅外準(zhǔn)直鏡214準(zhǔn)直，然后由紅外A0TF215實(shí)現(xiàn)程控射頻驅(qū)動(dòng)選擇衍射光波長(zhǎng)，再由紅外會(huì) 聚鏡216會(huì)聚，經(jīng)紅外像面折轉(zhuǎn)反射鏡217會(huì)聚至紅外探測(cè)器218上，實(shí)現(xiàn)紅外光譜探測(cè)。
[0061] 所用A0TF選用中國(guó)電子科技集團(tuán)第26研究所定制產(chǎn)品，其中可見A0TF (225)主 要技術(shù)指標(biāo)為：
[0062] a)工作波長(zhǎng)：450 ?950nm
[0063] b)光譜分辨率：2?10nm
[0064] c)孔徑角：彡 4. 3。
[0065] d)分離角：>5.6°
[0066] e)通光口徑：1 Omm X 10mm
[0067] f)衍射效率非均勻性：〈30%
[0068] g)衍射效率與透過率的乘積：> 37% @全譜段
[0069] h)漂移：光譜范圍內(nèi)小于0.0Γ
[0070] i)尺寸（寬 X 高 X 長(zhǎng)（光軸））：43_X29_X32_
[0071] j)驅(qū)動(dòng)功率：< 2. 0W
[0072] k)驅(qū)動(dòng)頻率范圍：65MHz?185MHz
[0073] 紅外AOTF (215)主要技術(shù)指標(biāo)為：
[0074] a)工作波長(zhǎng)：900 ?2400nm
[0075] b)光譜分辨率：3?12nm
[0076] c)孔徑角：>2°
[0077] d)分離角：>6.2。
[0078] e)通光口徑：10mmX 10mm
[0079] f)衍射效率：>30% @全譜段
[0080] g)透過率：>95 %
[0081] h)漂移：光譜范圍內(nèi)小于0· Γ
[0082] i)尺寸（寬 X 高 X 長(zhǎng)（光軸））：60_X30_X38_
[0083] j)驅(qū)動(dòng)功率：< 2. 0W
[0084] k)驅(qū)動(dòng)頻率范圍：40MHz?130MHz
[0085] 可見探測(cè)器228選用Cypress公司的STAR250型CMOS器件，主要技術(shù)指標(biāo)為：
[0086] a)有效像素：512X512
[0087] b)像素尺寸 25 μ mX 25 μ m
[0088] c)光譜范圍 200 ?lOOOnm
[0089] d)讀出頻率最快可達(dá)30巾貞/秒
[0090] e)平均暗電流信號(hào)4750e_/s at RT
[0091] f)內(nèi)部ADC量化位數(shù)：10bit
[0092] 紅外探測(cè)器218選用Judson公司J23TE2-66C型InGaAs紅外探測(cè)器件，主要技術(shù) 指標(biāo)為：
[0093] a)光敏面大小：Φ 1mm
[0094] b)最大響應(yīng)：1. 2A/W
[0095] c)探測(cè)率：8. 4E11cmHz1/2'T1
[0096] d)暗電流：1· 0Ε-δΑ
[0097] e)TEC :2 級(jí)
[0098] 3、請(qǐng)參閱圖4,數(shù)據(jù)采集與控制模塊3由主控FPGA31、超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路311、可見 探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路312、紅外探測(cè)器前放電路313、射頻匹配電路34、DDS射頻發(fā)生電路341、 射頻功率放大器342、射頻功率開關(guān)343、射頻邏輯切換電路344、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)電路321、 數(shù)據(jù)接口 322、總線32、二次電源331、一次電源接口 33組成。其中一次電源接口 33供電 轉(zhuǎn)化為二次電源331滿足數(shù)據(jù)采集與探制模塊3各單元的供電需求；由總線32接收指令 通過主控FPGA31控制光譜分析系統(tǒng)工作；主控FPGA31控制超聲驅(qū)動(dòng)電路311控制超聲電 機(jī)103工作，實(shí)現(xiàn)定標(biāo)防塵板按需要置于防塵、定標(biāo)或探測(cè)位置；主控FPGA31控制DDS射 頻發(fā)生電路341產(chǎn)生所需頻率的射頻信號(hào)，通過射頻功率放大器342放大，控制射頻邏輯切 換電路344通過射頻功率開關(guān)342選擇驅(qū)動(dòng)通道，施加于相應(yīng)的射頻匹配電路34實(shí)現(xiàn)對(duì)可 見A0TF225及紅外A0TF215的控制，滿足儀器光譜選擇的需求；主控FPGA(31)控制紅外探 測(cè)器前放電路（313)及可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路312工作，采集圖像及光譜信號(hào)，由數(shù)據(jù)處理與 存儲(chǔ)電路321處理及存儲(chǔ)，并通過數(shù)據(jù)接口 322經(jīng)由總線32輸出。其工作步驟描述如下： a)加電待機(jī)，超聲驅(qū)動(dòng)電路311，射頻功率放大器342,可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路312、紅外探測(cè) 器前放電路313等較大功率電路待機(jī)；主控FPGA31待命工作；b)主控FPGA31接收并解譯 指令，按指令要求工作；c)定標(biāo)防塵模塊工作：探測(cè)工況時(shí)，控制超聲電機(jī)103驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防 塵板外于探測(cè)位置；定標(biāo)工況時(shí)，超聲電機(jī)103驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板外于定標(biāo)位置；d)定標(biāo)防塵 模塊結(jié)束工作，超聲驅(qū)動(dòng)電路311待機(jī)節(jié)能；e)可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路（312)工作，采集暗噪 聲；f)射頻功率放大器342工作，采集光譜圖像數(shù)據(jù)；g)可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路312,射頻功 率放大器342待機(jī)節(jié)能；h)紅外探測(cè)器前放電路313工作，紅外探測(cè)器218致冷；i)紅外 探測(cè)器前放電路313采集暗電流；j)射頻功率放大器342工作，采集紅外光譜圖像數(shù)據(jù)；k) 紅外探測(cè)器前放電路313,射頻功率放大器342待機(jī)節(jié)能；1)定標(biāo)防塵模塊工作：控制超聲 電機(jī)103驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板外于防塵位置；m)定標(biāo)防塵模塊結(jié)束工作，超聲驅(qū)動(dòng)電路311待 機(jī)節(jié)能；η)待機(jī)，等待下一步工作指令。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于行星表面就位精細(xì)光譜分析系統(tǒng)，它包括定標(biāo)防塵模塊（1)、光譜分析模 塊（2)、數(shù)據(jù)采集與處理模塊（3)、控制模塊（4);其特征在于： 所述的定標(biāo)防塵模塊（1)由防塵蓋（101)、定標(biāo)漫反射板（102)、超聲電機(jī)（103)、結(jié)構(gòu) 支架（104)組成；模塊使用超聲電機(jī)（103)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)超聲電機(jī)不工作時(shí)，斷電自鎖實(shí)現(xiàn)零功 耗定位；所述的定標(biāo)漫射板（102)嵌入防塵蓋（101)內(nèi)組成集成緊湊型的定標(biāo)防塵板，當(dāng)儀 器待機(jī)或關(guān)機(jī)時(shí)，定標(biāo)防塵板處于防塵位置，防塵蓋保護(hù)防止灰塵污染定標(biāo)漫射板及儀器 內(nèi)部；當(dāng)儀器定標(biāo)時(shí)，定標(biāo)防塵板處于定標(biāo)位置，定標(biāo)漫射板（102)漫反射太陽(yáng)光用于儀器 定標(biāo)；當(dāng)儀器探測(cè)時(shí)，定標(biāo)防塵板處于探測(cè)位置，讓開光路通道，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)； 所述的光譜分析模塊（2)由可見近紅外子模塊及短波紅外子模塊組成，兩者共用指 向反射鏡（20)及L型光學(xué)底板（21)，其中短波紅外子模塊由紅外成像鏡（211)、紅外視 場(chǎng)光闌（212)、紅外光路折轉(zhuǎn)反射鏡（213)、紅外準(zhǔn)直鏡（214)、紅外AOTF(215)、紅外會(huì)聚 鏡（216)、紅外像面折轉(zhuǎn)反射鏡（217)、紅外探測(cè)器（218)組成，可見近紅外子模塊由可見 成像鏡（221)、可見視場(chǎng)光闌（222)、可見光路折轉(zhuǎn)反射鏡（223)、可見準(zhǔn)直鏡（224)、可見 AOTF(225)、可見會(huì)聚鏡（226)、可見像面折轉(zhuǎn)反射鏡（227)、可見探測(cè)器（228)組成；光譜 分析模塊（2)的分光器件使用聲光可調(diào)濾光器（AOTF)實(shí)現(xiàn)時(shí)間掃描的凝視型精細(xì)光譜探 測(cè)；通過可見近紅外及短波紅外的雙通道分立探測(cè)，配以復(fù)合射頻驅(qū)動(dòng)組合實(shí)現(xiàn)全譜段高 性能；采用光路多重折轉(zhuǎn)的復(fù)雜光機(jī)構(gòu)型設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)緊湊及輕小型，雙通道串行分立工作， 進(jìn)一步降低功耗。光譜分析系統(tǒng)工作時(shí)，在探測(cè)工況下探測(cè)目標(biāo)反射的太陽(yáng)光輻射或在定 標(biāo)工況下定標(biāo)漫射板反射的太陽(yáng)光輻射，首先經(jīng)共用指向反射鏡（20)進(jìn)入光譜探測(cè)模塊 (2)，然后分別進(jìn)入可見近紅外子模塊及短波紅外子模塊雙通道分立探測(cè)；其中可見成像鏡 (221)將光輻射成像于可見視場(chǎng)光闌（222)上、由可見光路折轉(zhuǎn)反射鏡（223)折轉(zhuǎn)后進(jìn)入 可見準(zhǔn)直鏡（224)準(zhǔn)直，然后由可見AOTF (225)實(shí)現(xiàn)程控射頻驅(qū)動(dòng)選擇衍射光波長(zhǎng)，再由可 見會(huì)聚鏡（226)會(huì)聚，經(jīng)可見像面折轉(zhuǎn)反射鏡（227)會(huì)聚至可見探測(cè)器（228)上，實(shí)現(xiàn)可見 近紅外譜段光譜圖像探測(cè)；短波紅外子模塊由紅外成像鏡（211)將光輻射成像于紅外視場(chǎng) 光闌（212)，由紅外光路折轉(zhuǎn)反射鏡（213)折轉(zhuǎn)后進(jìn)入紅外準(zhǔn)直鏡（214)準(zhǔn)直，然后由紅外 AOTF(215)實(shí)現(xiàn)程控射頻驅(qū)動(dòng)選擇衍射光波長(zhǎng)，再由紅外會(huì)聚鏡（216)會(huì)聚，經(jīng)紅外像面折 轉(zhuǎn)反射鏡（217)會(huì)聚至紅外探測(cè)器（218)上，實(shí)現(xiàn)紅外光譜探測(cè)； 所述的數(shù)據(jù)采集與控制模塊（3)由主控FPGA(31)、超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（311)、可見探 測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路（312)、紅外探測(cè)器前放電路（313)、射頻匹配電路（34)、DDS射頻發(fā)生電 路（341)、射頻功率放大器（342)、射頻功率開關(guān)（343)、射頻邏輯切換電路（344)、數(shù)據(jù)處 理與存儲(chǔ)電路（321)、數(shù)據(jù)接口（322)、總線（32)、二次電源（331)、一次電源接口（33)組 成；其中一次電源接口（33)供電轉(zhuǎn)化為二次電源（331)滿足數(shù)據(jù)采集與探制模塊⑶各 單元的供電需求；由總線（32)接收指令通過主控FPGA(31)控制光譜分析系統(tǒng)工作；主控 FPGA(31)控制超聲驅(qū)動(dòng)電路（311)控制超聲電機(jī)（103)工作，實(shí)現(xiàn)定標(biāo)防塵板按需要置 于防塵、定標(biāo)或探測(cè)位置；主控FPGA(31)控制DDS射頻發(fā)生電路（341)產(chǎn)生所需頻率的 射頻信號(hào)，通過射頻功率放大器（342)放大，控制射頻邏輯切換電路（344)通過射頻功率 開關(guān)（342)選擇驅(qū)動(dòng)通道，施加于相應(yīng)的射頻匹配電路（34)實(shí)現(xiàn)對(duì)可見AOTF(225)及紅 外AOTF(215)的控制，滿足儀器光譜選擇的需求；主控FPGA(31)控制紅外探測(cè)器前放電路 (313)及可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路（312)工作，采集圖像及光譜信號(hào)，由數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)電路 (321)處理及存儲(chǔ)，并通過數(shù)據(jù)接口（322)經(jīng)由總線（32)輸出； 系統(tǒng)具體工作步驟如下： 1) 加電待機(jī)，超聲驅(qū)動(dòng)電路（311)，射頻功率放大器（342)，可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路 (312)、紅外探測(cè)器前放電路（313)等較大功率電路待機(jī)；主控FPGA(31)待命工作； 2) 主控FPGA (31)接收并解譯指令，按指令要求工作； 3) 定標(biāo)防塵模塊工作：探測(cè)工況時(shí)，控制超聲電機(jī)（103)驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板外于探測(cè)位 置；定標(biāo)工況時(shí)，超聲電機(jī)（103)驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板外于定標(biāo)位置； 4) 定標(biāo)防塵模塊結(jié)束工作，超聲驅(qū)動(dòng)電路（311)待機(jī)節(jié)能； 5) 可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路（312)工作，采集暗噪聲； 6) 射頻功率放大器（342)工作，采集光譜圖像數(shù)據(jù)； 7) 可見探測(cè)器驅(qū)動(dòng)電路（312)，射頻功率放大器（342)待機(jī)節(jié)能； 8) 紅外探測(cè)器前放電路（313)工作，紅外探測(cè)器（218)致冷； 9) 紅外探測(cè)器前放電路（313)采集暗電流； 10) 射頻功率放大器（342)工作，采集紅外光譜圖像數(shù)據(jù)； 11) 紅外探測(cè)器前放電路（313)，射頻功率放大器（342)待機(jī)節(jié)能； 12) 定標(biāo)防塵模塊工作：控制超聲電機(jī)（103)驅(qū)動(dòng)定標(biāo)防塵板外于防塵位置； 13) 定標(biāo)防塵模塊結(jié)束工作，超聲驅(qū)動(dòng)電路（311)待機(jī)節(jié)能； 14) 待機(jī)，等待下一步工作指令。
【文檔編號(hào)】G01J3/36GK104155001SQ201410401841
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】王建宇, 何志平, 王斌永, 李春來, 呂剛, 袁立銀, 陳凱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所