本發(fā)明涉及空間光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體天底和臨邊共光路一體化的光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

大氣遙感探測具有三種探測方式，天底探測方式，掩日/月探測方式和臨邊探測方式。其中，天底探測方式采取直接從天頂向下探測的方式，掩日/月探測模式是在太陽升起或落下時探測地平方向上的透射光，臨邊探測模式采取探測臨邊高度方向上痕量氣體散射的太陽輻射。典型的采用典型的天底探測方式的遙感儀器有TOMS、SBUV、GOME、OMI等。采用掩日/月探測模式的遙感儀器有POAMⅡ、SAGEⅢ等。采用臨邊探測模式的有OSIRIS、SCIAMACHY和OMPS等。這三種探測方式分別有自己的優(yōu)勢和不足。其中，天底探測模式可以用來探測痕量氣體的總量，但難以探測氣體隨高度變化的信息。掩日/月探測模式和臨邊探測模式具有較高的垂直分辨率，但難以探測痕量氣體的總量分布。這些單一的探測模式，雖然也取得了一定的成果，但由于探測模式單一，探測所得的信息不完整，難以適應(yīng)將來的定量遙感，不能滿足空間大氣遙感的應(yīng)用要求。因此，只有將多種探測模式相結(jié)合，才能達到最佳化的科學(xué)觀測的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有空間大氣遙感探測模式單一導(dǎo)致探測獲得的信息不完整，難以滿足使用要求等問題，提供一種天底和臨邊共光路一體化光學(xué)系統(tǒng)。

天底和臨邊共光路一體化光學(xué)系統(tǒng)，包括天底臨邊成像儀，所述天底臨邊成像儀包括依次同軸設(shè)置的前置透鏡組、全景環(huán)形透鏡、中繼透鏡組、窄帶濾光片和CCD探測器，所述天底臨邊成像儀中的窄帶濾光片的工作波段不同；用于工作在不同的探測波段；地球天底場景依次經(jīng)前置透鏡組、全景環(huán)形透鏡和中繼透鏡組成像在CCD探測器上；

臨邊場景經(jīng)全景環(huán)形透鏡成一虛像，中繼透鏡組把全景環(huán)形透鏡所成的虛像以-0.5～3的放大倍率成像到CCD探測器上。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所述的天底和臨邊共光路一體化光學(xué)系統(tǒng)，利用全景環(huán)形透鏡實現(xiàn)360°全方位臨邊大氣觀測，利用前置透鏡組實現(xiàn)天底視場的大氣觀測。采用六個波段，提高了探測和反演精度。

成像儀利用一個窄帶濾光片選擇一個探測波段。對于臨邊視場，光線先經(jīng)過全景環(huán)形透鏡成一虛像，中繼透鏡組把全景環(huán)形透鏡所成的虛像以恰當(dāng)?shù)姆糯蟊堵食上竦紺CD探測器上，在CCD探測器上得到一個360°的環(huán)形圖像，環(huán)形圖像的徑向方向?qū)?yīng)臨邊高度方向，徑向信號的強弱反應(yīng)等大氣痕量氣體隨臨邊高度變化的信息。

對于天底視場，全景環(huán)形透鏡相當(dāng)于一個厚透鏡，光線經(jīng)前置透鏡組壓縮光束口徑之后，進入全景環(huán)形透鏡，之后經(jīng)中繼透鏡組將天底視場光束成像于CCD探測器上，在探測器上得到一個圓形中心亮斑，反應(yīng)大氣痕量氣體的總量分布。利用獲得的環(huán)形圖像和中心亮斑，可以反演出痕量氣體的垂直高度信息和總量分布，進而為大氣科學(xué)、地球物理研究、災(zāi)害預(yù)警等提供服務(wù)。

本發(fā)明將天底觀測模式和臨邊觀測模式相結(jié)合，可以有效解決探測模式單一，探測信息不完整的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的天底和臨邊共光路一體化光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖：

圖2為本發(fā)明所述的天底和臨邊共光路一體化光學(xué)系統(tǒng)中全景環(huán)形透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1、前置透鏡組，2、全景環(huán)形透鏡，3、中繼透鏡組，4、窄帶濾光片，5、CCD探測器，a、天底視場入射面，b、臨邊視場入射面，c、第一反射面，d、場第二反射面，e、出射面。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖1說明本實施方式，天底和臨邊共光路一體化光學(xué)系統(tǒng)，包括天底臨邊成像儀，所述天底臨邊成像儀包括前置透鏡組1、全景環(huán)形透鏡2、中繼透鏡組3、窄帶濾波片4和CCD探測器5；所述前置透鏡組1、全景環(huán)形透鏡2、中繼透鏡組3、窄帶濾光片4和CCD探測器5的中心軸在同一直線上。

對于臨邊視場，目標(biāo)場景先經(jīng)全景環(huán)形透鏡2成一虛像，中繼透鏡組3把全景環(huán)形透鏡2所成的虛像以-0.5～3的放大倍率成像到CCD探測器5上。

對于天底視場，目標(biāo)場景先經(jīng)前置透鏡組1壓縮光束口徑，接著透射進入全景環(huán)形透鏡2和中繼透鏡組3成像到CCD探測器5上。對于這兩個視場，窄帶濾光片4均放置在中繼透鏡組3與CCD探測器5之間，用來選擇要探測的波段。天底臨邊全景成像儀采用不同的窄帶濾波片，其余組件相同。

本實施方式對天底和臨邊視場的三個紫外波段和三個可見波段同時探測，提高了探測信息的完整性和反演精度，適用于航天大氣遙感領(lǐng)域。所述天底臨邊成像儀的工作波段不同，采用的窄帶濾光片4各不相同，六個窄帶濾光片4的透射波段分別對應(yīng)全景成像儀的六個工作波段。

本實施方式所述的前置透鏡組1的透鏡數(shù)N1的范圍在3≤N1≤5之間，例如可以由兩片正透鏡和兩片負透鏡組成，用于壓縮進入全景環(huán)形透鏡的入射光線角。光線進入前置透鏡組1的初始位置到全景環(huán)形透鏡2的距離d₁的范圍在36≤d1≤45之間。

本實施方式中，對于天底視場，所述全景環(huán)形透鏡2的天底視場入射面a和出射面e均為透射面，相當(dāng)于一個厚透鏡，對于臨邊視場，所述全景環(huán)形透鏡2的臨邊視場入射面b采用光焦度為正的球面，第一反射面c和第二反射面d是光焦度為負的球面，出射面e為平面，采用的光學(xué)材料為熔石英。

所述第二反射面d的曲率半徑R₂與第一反射面c的曲率半徑R₁滿足：2.8R₁≤R₂≤3.2R₁。所述全景環(huán)形透鏡2與窄帶濾光片4之間的距離d₂的范圍是為65mm≤d₂≤73mm。

本實施方式中所述的中繼透鏡組3包含的透鏡數(shù)N的范圍是：7≤N≤10。所述窄帶濾光片4與CCD探測器5之間的距離d₃的范圍是為7mm≤d₃≤13mm。窄帶濾光片4的帶寬Δλ滿足：4nm≤Δλ≤25nm。

本實施方式所述的前置透鏡組1和中繼透鏡組3，采用的光學(xué)材料均為熔石英。

具體實施方式二，結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式為具體實施方式一所述的天底和臨邊共光路一體化光學(xué)系統(tǒng)的實施例：

本實施方式中，天底臨邊成像儀為六波段小型的光學(xué)系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)對地球臨邊大氣進行天底10°和臨邊360°全方位探測，該系統(tǒng)預(yù)計工作在軌道高度H＝400km的衛(wèi)星平臺上，六個波段的中心波長分別為265nm、295nm、360nm、540nm、602nm、664nm，帶寬分別為20nm、15nm、6nm，6nm、6nm、6nm，與六個窄帶濾光片的中心波長和帶寬對應(yīng)。天底臨邊全景成像儀的天底視場10°，臨邊視場為360°×(70.7°～73.5°)，對應(yīng)的地球臨邊高度范圍為0～100km。天底臨邊成像儀的前置透鏡組1由四片熔石英透鏡組成，采用正負透鏡組合的方式。全景環(huán)形透鏡2的光學(xué)材料為熔石英，入射面是光焦度為正的球面，第一個和第二個反射面是光焦度為負的球面，曲率半徑R₁和R2分別為-18.21mm和-55mm，出射面為平面。中繼透鏡組3由九片熔石英透鏡組成。前置透鏡組1、全景環(huán)形透鏡2、中繼透鏡組3、窄帶濾光片4和CCD探測器5的中心軸在同一直線上。天底視場孔徑光闌到全景環(huán)形透鏡距離為41mm，全景環(huán)形透鏡與窄帶濾光片之間的距離d₂為69mm，窄帶濾光片4與CCD探測器5之間的距離d3為10mm。可同時獲取天底10°和臨邊360°大氣的圖像。

本實施方式通過對獲取的中心亮斑和環(huán)形圖像的數(shù)據(jù)處理，可以反演處大氣痕量氣體的總量信息和和隨臨邊高度的分布信息，為污染監(jiān)測、氣候研究和災(zāi)害預(yù)警等服務(wù)。

上述所述實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。