專利名稱：紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置及定標(biāo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置及定標(biāo)方法，屬于遙感定量化應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空間遙感相機(jī)的輻射定標(biāo)是實(shí)現(xiàn)空間遙感器數(shù)據(jù)定量化應(yīng)用、保證空間遙感器在軌運(yùn)行性能良好的必備技術(shù)手段?？臻g遙感相機(jī)的輻射定標(biāo)按定標(biāo)任務(wù)時(shí)間軸劃分大致可分為發(fā)射前定標(biāo)和發(fā)射后在軌定標(biāo)。發(fā)射前定標(biāo)主要是指實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)或者飛行定標(biāo)，發(fā)射后定標(biāo)主要是指利用事先安裝在空間相機(jī)中的定標(biāo)裝置進(jìn)行星上定標(biāo)、利用地面定標(biāo)場(chǎng)進(jìn)行場(chǎng)地定標(biāo)、同類似的已定標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行交叉定標(biāo)或者是利用空間自然光源進(jìn)行定標(biāo)。發(fā)射 前定標(biāo)由于地面設(shè)備及條件都很齊全，可以對(duì)相機(jī)進(jìn)行全面的輻射定標(biāo)，原始定標(biāo)精度也很高。而衛(wèi)星發(fā)射后相機(jī)在軌運(yùn)行后，由于遙感器系統(tǒng)本身器件老化、空間環(huán)境干擾等因素造成輻射定標(biāo)系數(shù)產(chǎn)生變化，這就需要通過(guò)在軌輻射定標(biāo)對(duì)其進(jìn)ー步修正。不同的在軌輻射定標(biāo)方法有著各自不同的側(cè)重點(diǎn)。對(duì)于空間紅外譜段相機(jī)而言，很多時(shí)候由于系統(tǒng)本身熱輻射對(duì)焦平面探測(cè)器的性能影響很大，造成焦平面上各個(gè)探測(cè)器像元響應(yīng)的非一致性。這樣，進(jìn)行在軌相對(duì)輻射定標(biāo)，對(duì)像元進(jìn)行非均勻性校正，對(duì)空間紅外相機(jī)來(lái)說(shuō)就顯得尤為重要。而一般針對(duì)探測(cè)像元的非均勻性校正大都是通過(guò)能產(chǎn)生均勻照射到焦面的輻射的星上定標(biāo)裝置來(lái)完成的。但這些裝置大多只能提供幾個(gè)特定溫度點(diǎn)下所對(duì)應(yīng)的輻照度值，定標(biāo)點(diǎn)選取間隔較大，并且經(jīng)常不能覆蓋整個(gè)探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍。這對(duì)于在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)響應(yīng)曲線經(jīng)常難以通過(guò)較少的數(shù)據(jù)點(diǎn)達(dá)到精確插值擬合的紅外譜段探測(cè)像元來(lái)說(shuō)，其相對(duì)輻射定標(biāo)的精度就難以提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置及定標(biāo)方法，該裝置能在星上輻射定標(biāo)中完成對(duì)空間紅外相機(jī)全動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行多點(diǎn)超聞精度福射定標(biāo)的裝置。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置，該定標(biāo)裝置固定在所需定標(biāo)的相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中；衛(wèi)星給控溫電路供電；該定標(biāo)裝置包括控溫電路、定標(biāo)光源、定標(biāo)光學(xué)組件、溫度傳感器和封裝外売；控溫電路、定標(biāo)光源和定標(biāo)光學(xué)組件用封裝外殼進(jìn)行封裝；溫度傳感器安裝在封裝外売上；其中，控溫電路包括可編程邏輯器件(FPGA)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器；溫度傳感器與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器相連，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與FPGA相連，F(xiàn)PGA與數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器相連，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器與運(yùn)算放大器相連，運(yùn)算放大器與定標(biāo)光源相連，定標(biāo)光學(xué)組件正對(duì)定標(biāo)光源福射出射方向；
當(dāng)給定標(biāo)光源通入不同等級(jí)的電流后，可以產(chǎn)生星上輻射定標(biāo)所需的不同等級(jí)輻照度；定標(biāo)光學(xué)組件正對(duì)定標(biāo)光源輻射出射方向，用以對(duì)定標(biāo)光源所產(chǎn)生輻射進(jìn)行勻場(chǎng)后出射到相機(jī)的焦面探測(cè)器上或者輻射會(huì)再經(jīng)過(guò)相機(jī)本身焦面前的部分光學(xué)組件后到達(dá)焦面探測(cè)器上；封裝外殼由熱膨脹系數(shù)低的鈦材料構(gòu)成，以使定標(biāo)裝置受溫度變化影響較小；溫度傳感器安裝在封裝外売上，用以監(jiān)測(cè)封裝外殼的溫度值，并將結(jié)果傳輸至控溫電路，由于該裝置在軌工作溫度通常在10 260K之間，故溫度傳感器可選用摻錳的InSb半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)。上述定標(biāo)光源根據(jù)需要也可以是定標(biāo)光源的組合；紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)方法溫度傳感器測(cè)量封裝外殼的溫度后，將封裝外殼的溫度信號(hào)傳給模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳至FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)溫度信號(hào)判斷封裝外殼的溫度，F(xiàn)PGA同時(shí)會(huì)接收通過(guò)遙測(cè)遙控接ロ傳送的串行遙控指令；FPGA先判斷封裝外殼的溫度是否在預(yù)先設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，如果不在，停止定標(biāo)工作；如果在，衛(wèi)星開(kāi)始對(duì)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器進(jìn)行供電，F(xiàn)PGA通過(guò)串行遙控指令的解譯輸出相應(yīng)的串行控制指令，該串行控制指令控制數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值大??；用運(yùn)算放大器將數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值轉(zhuǎn)換為電流形式并輸出給選定的定標(biāo)光源或定標(biāo)光源組合；定標(biāo)光源或定標(biāo)光源組合通電后溫度發(fā)生變化，達(dá)到不同的溫度值；在特定的紅外譜段不同溫度下的定標(biāo)光源或定標(biāo)光源組合輻射不同能量等級(jí)的紅外輻射；紅外輻射通過(guò)定標(biāo)光學(xué)組件后均勻的投射到相機(jī)的焦面探測(cè)器上，供相機(jī)進(jìn)行星上輻射定標(biāo)工作。上述的特定的紅外譜段為波長(zhǎng)2 8 μ m的紅外譜段；上述的FPGA通過(guò)串行遙控指令的解譯輸出相應(yīng)的串行控制指令中的串行控制指令包括定標(biāo)光源的選擇、給定標(biāo)光源通電時(shí)間長(zhǎng)短及給定標(biāo)光源通電電流大小?？販仉娐返墓δ転?I)判定定標(biāo)裝置所處空間環(huán)境溫度是否允許進(jìn)行定標(biāo)控溫電路通過(guò)接受安裝在封裝外売上的溫度傳感器所測(cè)得的溫度同定標(biāo)裝置事先經(jīng)過(guò)環(huán)境溫度試驗(yàn)所標(biāo)定的工作溫度范圍相比較，在此范圍之內(nèi)，可以進(jìn)行定標(biāo)工作，反之，則不能進(jìn)行定標(biāo)工作；(2)設(shè)定定標(biāo)裝置的工作計(jì)劃及參數(shù)根據(jù)具體空間紅外相機(jī)的技術(shù)參數(shù)及定標(biāo)要求，通過(guò)編程設(shè)定在軌進(jìn)行星上定標(biāo)的時(shí)刻、周期、次數(shù)以及選取定標(biāo)點(diǎn)數(shù)量及范圍等；(3)傳遞定標(biāo)裝置工作狀態(tài)信息，供定標(biāo)數(shù)據(jù)處理使用定標(biāo)器依照計(jì)劃及所設(shè)定參數(shù)進(jìn)行定標(biāo)工作后，通過(guò)遙測(cè)遙控接ロ將定標(biāo)裝置的工作狀態(tài)信息傳遞到星上定標(biāo)數(shù)據(jù)單元，以供數(shù)據(jù)后續(xù)處理使用。將定標(biāo)裝置安裝到空間紅外相機(jī)系統(tǒng)中，待相機(jī)發(fā)射在軌運(yùn)行后，通過(guò)遙測(cè)遙控接ロ接收到的指令控制定標(biāo)裝置工作，實(shí)時(shí)采集定標(biāo)數(shù)據(jù)并進(jìn)行定標(biāo)數(shù)據(jù)處理，完成星上覆蓋相機(jī)全動(dòng)態(tài)范圍的多點(diǎn)超高精度輻射定標(biāo)。本發(fā)明的工作原理為首先根據(jù)所需定標(biāo)空間紅外相機(jī)的工作譜段、動(dòng)態(tài)范圍、焦面探測(cè)器規(guī)格等參數(shù)，對(duì)定標(biāo)裝置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整使其集成與整個(gè)相機(jī)系統(tǒng)之中，并結(jié)合相機(jī)自身的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)定標(biāo)裝置的定標(biāo)光學(xué)組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得定標(biāo)光源所發(fā)出輻射能均勻照射并覆蓋到所有焦面紅外探測(cè)器。對(duì)控溫電路進(jìn)行指令編程使其通過(guò)串行控制指令精確控制輸出到定標(biāo)光源的電流大小，而電流大小的范圍及劃分間隔大小還需結(jié)合對(duì)定標(biāo)精度的要求提出選擇出若干個(gè)覆蓋探測(cè)器動(dòng)態(tài)范圍的輻照度值，并由它們反推出、所需電流的大小。由于該定標(biāo)裝置工作時(shí)受周圍環(huán)境影響較大，所以工作時(shí)安裝于封裝外売上的溫度傳感器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)封裝外殼的溫度變化并反饋給控溫電路，由控溫電路判斷此時(shí)定標(biāo)裝置是否在允許的溫度范圍內(nèi)工作，若反饋顯示定標(biāo)裝置工作在設(shè)定的工作溫度范圍之內(nèi)，則定標(biāo)裝置按電流輸入從最小等級(jí)到最大等級(jí)的順序安排，依次進(jìn)行不同輻照度值下的輻射定標(biāo)。定標(biāo)工作所采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)叫巧蠑?shù)據(jù)處理單元進(jìn)行定標(biāo)數(shù)據(jù)處理，修正定標(biāo)參數(shù)。如若反饋超出了設(shè)定的工作溫度范圍，控溫電路則將發(fā)出指令使得定標(biāo)裝置停止工作，等待下一個(gè)定標(biāo)周期或者新的遙控指令。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于I)本發(fā)明中的控溫電路理論上能通過(guò)12bit的數(shù)字編程指令產(chǎn)生4096個(gè)均勻大小間隔的電流值用來(lái)加熱定標(biāo)光源，由此在特定的紅外譜段內(nèi)產(chǎn)生4096級(jí)不同的輻照度值提供給焦平面；所能提供的輻照度等級(jí)遠(yuǎn)超過(guò)其他星上定標(biāo)裝置；2)本發(fā)明中的定標(biāo)光源采用鎳鉻合金以及對(duì)定標(biāo)光源進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，使得在不同 等級(jí)大小電流加熱下具有更好的穩(wěn)定性和散熱能力，在不破壞相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)工作溫度環(huán)境的前提條件下，還可以產(chǎn)生覆蓋全動(dòng)態(tài)范圍的輻照度等級(jí)，直接提高星上定標(biāo)精度。


圖I為實(shí)施例中定標(biāo)裝置的組成示意圖；圖2為實(shí)施例中定標(biāo)光源結(jié)構(gòu)的前視圖；圖3為實(shí)施例中定標(biāo)光源結(jié)構(gòu)的后視圖；圖4為實(shí)施例中定標(biāo)光源輻射至相機(jī)的焦面探測(cè)器上的光路示意圖；圖5為實(shí)施例中定標(biāo)光路的焦面照度曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步說(shuō)明。實(shí)施例I紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置，如圖I所示，該定標(biāo)裝置固定在空間紅外相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中；衛(wèi)星給控溫電路供電；該定標(biāo)裝置包括控溫電路、定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B、定標(biāo)光學(xué)組件、溫度傳感器和封裝外殼；控溫電路、定標(biāo)光源A、定標(biāo)光源B和定標(biāo)光學(xué)組件用封裝外殼進(jìn)行封裝；溫度傳感器安裝在封裝外売上；其中，控溫電路包括可編程邏輯器件(FPGA)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)、數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器(D/A)和運(yùn)算放大器；定標(biāo)光學(xué)組件正對(duì)定標(biāo)光源輻射出射方向，并將定標(biāo)光源所產(chǎn)生輻射進(jìn)行勻場(chǎng)后經(jīng)過(guò)相機(jī)焦面前的負(fù)透鏡A與雙凸正透鏡B組件后到達(dá)焦面探測(cè)器上；封裝外殼由鈦材料構(gòu)成；溫度傳感器選用摻錳的InSb半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)；定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B組合的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2和圖3所示，定標(biāo)光源A為四根并均勻分布在圓環(huán)上；定標(biāo)光源B為兩根并均勻分布在長(zhǎng)板上；圓環(huán)和長(zhǎng)板固定在一起，且圓環(huán)和長(zhǎng)板的質(zhì)心重合；圖2為定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B組合的前視圖，圖3為定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B組合的后視圖；工作過(guò)程如圖I所示，封裝外殼的工作溫度為230 250K ;溫度傳感器測(cè)量封裝外殼的溫度為240K，將封裝外殼的溫度信號(hào)傳給模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳至FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)溫度信號(hào)判斷封裝外殼的溫度，F(xiàn)PGA同時(shí)會(huì)接收通過(guò)遙測(cè)遙控接ロ傳送的串行遙控指令；FPGA判斷封裝外殼的溫度240K在エ作的溫度范圍230 250K內(nèi)，控溫電路FPGA根據(jù)串行遙控指令對(duì)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值大小進(jìn)行控制；運(yùn)算放大器將數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值轉(zhuǎn)換為電流形式并輸出給選定的定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B組合；定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B組合通電后溫度發(fā)生變化，達(dá)到300 500K ;在波長(zhǎng)范圍為3 5 μ m的紅外譜段下的定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B輻射不同能量等級(jí)的紅外輻射；紅外輻射通過(guò)定標(biāo)光學(xué)組件后經(jīng)過(guò)透鏡A和透鏡B組件后均勻的投射到相機(jī)的焦面探測(cè)器上，供相機(jī)進(jìn)行星上輻射定標(biāo)工作，如圖4所示。上述的FPGA通過(guò)串行遙控指令的解譯輸出相應(yīng)的串行控制指令中的串行控制指令包括定標(biāo)光源的選擇、給定標(biāo)光源通電時(shí)間長(zhǎng)短及給定標(biāo)光源通電電流大??；定標(biāo)光源A的電阻為200 Ω，定標(biāo)光源B的電阻為100 Ω ；定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B是鎳鉻合金條帶制成的紅外光源，鎳鉻合金具有電阻率高(室溫下電阻率約為I. OX 10_6Ω · m)，電阻溫度系數(shù)小(約為lppm/°C 5ppm/°C )，比熱容小(約為460.6X/(kg.K))的特點(diǎn)，在紅外譜段的發(fā)射率最高可達(dá)O. 95，十分適用于作為空間低溫環(huán)境下的紅外輻射源。由于定標(biāo)裝置是安裝在空間相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中，所處環(huán)境相對(duì)封閉，故不考慮對(duì)流換熱的影響；而由于加熱時(shí)間為2min，較短，估算中也不考慮傳導(dǎo)換熱的影響，則定標(biāo)光源加熱后發(fā)散的能量都通過(guò)輻射的形式發(fā)散出去；故在加熱過(guò)程中的有下式成立Q = I2Rt = CmAT其中Q為鎳鉻合金條帶的散熱量，單位為J ；1為通過(guò)定標(biāo)光源或定標(biāo)光源組合的電流，單位為A ;R為定標(biāo)光源或定標(biāo)光源組合的電阻，單位為Ω ;t為電流通過(guò)定標(biāo)光源或定標(biāo)光源組合時(shí)間，單位為s ；C為鎳鉻合金的比熱容,單位為J/(kg. K) ；m為鎳鉻合金條的質(zhì)量，單位為kg，AT為鎳鉻合金條加熱前后的溫差，單位為K。通過(guò)控制電流I的大小與通電時(shí)間t的長(zhǎng)短來(lái)控制AT，以獲得所需要的輻射源溫度。由于對(duì)鎳鉻合金進(jìn)行大于2min時(shí)間加熱的話，會(huì)對(duì)定標(biāo)主要產(chǎn)生兩個(gè)方面的影響一就是長(zhǎng)時(shí)間加熱的話輻射散熱的影響變大，所建立的定標(biāo)模型(模型中忽略了輻射散熱)誤差將會(huì)増大；ニ就是在全功率的エ作條件(用于產(chǎn)生高等級(jí)輻照度)下長(zhǎng)時(shí)間加熱的話，可能會(huì)造成鎳鉻合金條自身屬性的變化，給定標(biāo)帶來(lái)不可預(yù)知的誤差。為了降低這兩方面的影響，對(duì)定標(biāo)光源在設(shè)計(jì)上采取了定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B的組合，定標(biāo)光源A由四根鎳鉻合金條帶組成，其電阻為200 Ω，光源B由兩根鎳鉻合金條帶組成，其電阻為100 Ω，這樣實(shí)際上定標(biāo)光源的電阻就可以設(shè)為100Ω，200Ω與300 Ω三個(gè) 大小等級(jí)。這樣在定標(biāo)光源要獲得不同的加熱溫度時(shí)除了改變電流I之外，還可以通過(guò)選用不同等級(jí)的電阻大小，兩者綜合調(diào)節(jié)，從而降低要改變加熱時(shí)間t的需求，即不用為了得到大的加熱溫度而大大延長(zhǎng)加熱時(shí)間，從而提高定標(biāo)裝置的精確性及可靠性。定標(biāo)光源由控溫電路供電，加熱定標(biāo)光源輸出輻亮度，電流大小由控溫電路控制?？販仉娐分蠪PGA輸出用于控制定標(biāo)光源供電電流大小的指令為12bit的ニ進(jìn)制數(shù)字指令，理論上可產(chǎn)生212個(gè)不同指令。按指令可劃分為4096個(gè)等級(jí)的電流使得定標(biāo)光源在3 5 μ m紅外譜段內(nèi)對(duì)應(yīng)所產(chǎn)生輻照度等級(jí)理論上也分為4096級(jí)(實(shí)際定標(biāo)中遠(yuǎn)不需要用到這么多級(jí)，根據(jù)實(shí)際情況選取30級(jí))。
通過(guò)試驗(yàn)建立起輸入功率、時(shí)間與輸出溫度大小的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后光源溫度及自身發(fā)射率，參照普朗克黑體輻射定律，由下式得出光源發(fā)射的輻亮度
「 η L{X, T) =-Xx^~6χρφ-1其中λ為工作波長(zhǎng)，単位為μπι; (λ，Τ)為所求定標(biāo)光源輸出輻亮度，單位為W/(m2 · sr · μ m) ； ε (λ)為定標(biāo)光源的光譜發(fā)射率；Τ為定標(biāo)光源溫度,單位為K 為第一福射常數(shù)，C2 為第二輻射常數(shù)，C1 = 3. 742X IO8W · μ m4 · πΓ2，c2 = I. 4388X 104ym · K。而通過(guò)定標(biāo)光路到達(dá)焦面探測(cè)器的光源輻照度由下式計(jì)算Ed^L(AJ)-T(A) λ其中Ed為所求焦面探測(cè)器獲得的輻照度，單位為W/m2 ；F#為定標(biāo)光路所經(jīng)過(guò)的光學(xué)元件所組成光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)；τ (λ)。為該光學(xué)系統(tǒng)與波長(zhǎng)相關(guān)的光學(xué)透過(guò)率；X1與λ2 分別為所定標(biāo)相機(jī)某一工作譜段的上下限，單位為μ m。例如，當(dāng)已知光源溫度為300K，ε (λ)視為不隨波長(zhǎng)改變的常數(shù)O. 95時(shí)，定標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)的F# = 2, τ (X)0視為不隨波長(zhǎng)改變的常數(shù)O. 98，λ i與λ 2分別為5 μ m和3 μ m吋，則有
π I ( 3.742χ108 0.95 Λ Q0,. n-ι
Ej =----τ-X-τ—χ0.98αΑ 0.34W md 4 22 Α πλ5,1.4388Χ104、
exp(-)
^ 300λ定標(biāo)光源發(fā)出的輻射經(jīng)過(guò)定標(biāo)裝置中向視場(chǎng)光闌彎曲的彎月正透鏡I后，在視場(chǎng)光闌處匯聚成一次像，再經(jīng)過(guò)視場(chǎng)光闌右側(cè)的雙凸正透鏡2形成存在一定視場(chǎng)角的平行光，平行光再經(jīng)過(guò)向視場(chǎng)光闌彎曲的負(fù)透鏡A和雙凸正透鏡B，負(fù)透鏡A與雙凸正透鏡B為被定標(biāo)相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)自身組件，形成無(wú)視場(chǎng)角的平行光均勻照在焦面探測(cè)器上。整個(gè)定標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)由定標(biāo)光源、定標(biāo)光學(xué)組件(包括透鏡I、視場(chǎng)光闌、透鏡2與孔徑光闌)、負(fù)透鏡A和雙凸正透鏡B共同組成，如圖4所示。而定標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)出射的紅外輻射在焦面探測(cè)器的照度曲線如圖5所示，圖5橫坐標(biāo)為按照?qǐng)D4定標(biāo)光路所定義的Y軸方向視場(chǎng)角，縱坐標(biāo)為歸一化的焦面輻照度。在圖5Υ軸方向視場(chǎng)內(nèi)的焦面輻照度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差值為O. 2%，由此得到經(jīng)由定標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)出射到焦面探測(cè)器的紅外輻射其輻照度分布不均勻度僅為O. 2%。定標(biāo)光學(xué)組件中的透鏡I與透鏡2采用ZnSe材料。ZnSe是ー種黃色多晶材料，在O. 9 15 μ m的紅外譜段具有的低的能量吸收率，高的能量透過(guò)率。溫度傳感器采取冗余設(shè)計(jì)，定標(biāo)時(shí)，兩個(gè)相同的溫度傳感器ー個(gè)工作，ー個(gè)處于備份狀態(tài)。當(dāng)工作的溫度傳感器出現(xiàn)故障或者失效時(shí)，備份的溫度傳感器立即啟用。具體的定標(biāo)工作流程按上述要求設(shè)計(jì)出的星上定標(biāo)裝置，根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)及定標(biāo)計(jì)劃，進(jìn)入定標(biāo)任務(wù)時(shí)刻后，控溫電路首先對(duì)溫度傳感器所測(cè)溫度信號(hào)進(jìn)行判定，不在工作溫度范圍之內(nèi)，中斷定標(biāo)工作并報(bào)錯(cuò)，反之，則繼續(xù)定標(biāo)工作。定標(biāo)工作進(jìn)行時(shí)，控溫電路控制衛(wèi)星向定標(biāo)光源的供電過(guò)程，控溫電路通過(guò)串行控制指令選擇定標(biāo)光源組合并控制加熱電流時(shí)間、大小，定標(biāo)光源輸出功率從小到大逐級(jí)増加，定標(biāo)光源在一定譜段內(nèi)產(chǎn)生的輻亮度也逐級(jí)增加。定標(biāo)光源所產(chǎn)生的紅外輻射通過(guò)定標(biāo)光路被均勻投射到整個(gè)被定標(biāo)相機(jī)焦面探測(cè)器上，焦面探測(cè)器對(duì)此產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)。這些信號(hào)被傳輸?shù)叫巧隙?biāo)數(shù)據(jù)處理單元。同時(shí)通過(guò)遙測(cè)遙控接ロ控溫電路將本次定標(biāo)的具體參數(shù)設(shè)定也傳輸?shù)叫巧隙?biāo)數(shù)據(jù)處理單元。處理單元將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來(lái)及時(shí)修正各類定標(biāo)系數(shù)，完成定標(biāo)工作。該定標(biāo)裝置對(duì)于待定標(biāo)空間紅外相機(jī)進(jìn)行星上輻射定標(biāo)時(shí)，I、通過(guò)溫度傳感器對(duì)封裝外殼溫度的監(jiān)測(cè)保證定標(biāo)裝置工作環(huán)境的有效性；2、通過(guò)串行控制指令控制產(chǎn)生密集間隔大小的電流值，并配合不同電阻值定標(biāo)光源組合的選用來(lái)加熱定標(biāo)光源，由此在一定紅外譜段內(nèi)產(chǎn)生不同級(jí)別的輻照度值提供給焦平面；3、定標(biāo)光學(xué)組件設(shè)計(jì)使得定標(biāo)光源的紅外輻射能被均勻地投射井覆蓋整個(gè)焦面探測(cè)器區(qū)域。
本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技木。
權(quán)利要求
1.紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置，該定標(biāo)裝置固定在所需定標(biāo)的相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中；衛(wèi)星給控溫電路供電；其特征在于 該定標(biāo)裝置包括控溫電路、定標(biāo)光源、定標(biāo)光學(xué)組件、溫度傳感器和封裝外売；控溫電路包括可編程邏輯器件、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器；控溫電路、定標(biāo)光源和定標(biāo)光學(xué)組件用封裝外殼進(jìn)行封裝；溫度傳感器安裝在封裝外売上；溫度傳感器與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器相連，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與FPGA相連，F(xiàn)PGA與數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器相連，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器與運(yùn)算放大器相連，運(yùn)算放大器與定標(biāo)光源相連，定標(biāo)光學(xué)組件正對(duì)定標(biāo)光源福射出射方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置，其特征在于封裝外殼由鈦材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置，其特征在于溫度傳感器為摻錳的InSb半導(dǎo)體電阻溫度計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置，其特征在于定標(biāo)光源采用鎳鉻合金材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置，其特征在于定標(biāo)光源包括定標(biāo)光源A和定標(biāo)光源B。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置，其特征在于定標(biāo)光源A為四根并均勻分布在圓環(huán)上；定標(biāo)光源B為兩根并均勻分布在長(zhǎng)板上；圓環(huán)和長(zhǎng)板固定在一起，且圓環(huán)和長(zhǎng)板的質(zhì)心重合。
7.—種權(quán)利要求I中所述的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置的定標(biāo)方法，其特征在于溫度傳感器測(cè)量封裝外殼的溫度后，將封裝外殼的溫度信號(hào)傳給模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳至可編程邏輯器件，可編程邏輯器件根據(jù)溫度信號(hào)判斷封裝外殼的溫度，可編程邏輯器件同時(shí)會(huì)接收通過(guò)遙測(cè)遙控接ロ傳送的串行遙控指令；可編程邏輯器件先判斷封裝外殼的溫度是否在預(yù)先設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，如果不在，停止定標(biāo)工作；如果在，衛(wèi)星開(kāi)始對(duì)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器進(jìn)行供電，可編程邏輯器件通過(guò)串行遙控指令的解譯輸出相應(yīng)的串行控制指令，該串行控制指令控制數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值大??；用運(yùn)算放大器將數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出電壓值轉(zhuǎn)換為電流形式并輸出給選定的定標(biāo)光源；定標(biāo)光源通電后溫度發(fā)生變化，達(dá)到不同的溫度值；在特定的紅外譜段不同溫度下的定標(biāo)光源輻射不同能量等級(jí)的紅外輻射；紅外輻射通過(guò)定標(biāo)光學(xué)組件后均勻的投射到相機(jī)的焦面探測(cè)器上，供相機(jī)進(jìn)行星上輻射定標(biāo)工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置的定標(biāo)方法，其特征在干可編程邏輯器件通過(guò)串行遙控指令的解譯輸出相應(yīng)的串行控制指令中的串行控制指令包括定標(biāo)光源的選擇、給定標(biāo)光源通電時(shí)間長(zhǎng)短及給定標(biāo)光源通電電流大小。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置的定標(biāo)方法，其特征在于特定的紅外譜段為波長(zhǎng)在2 8 μ m的紅外譜段。
全文摘要
本發(fā)明涉及紅外譜段星上全動(dòng)態(tài)范圍多點(diǎn)輻射定標(biāo)裝置及定標(biāo)方法，屬于遙感定量化應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。該定標(biāo)裝置固定在所需定標(biāo)的相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)中；衛(wèi)星給控溫電路供電；該定標(biāo)裝置包括控溫電路、定標(biāo)光源、定標(biāo)光學(xué)組件、溫度傳感器和封裝外殼；控溫電路、定標(biāo)光源和定標(biāo)光學(xué)組件用封裝外殼進(jìn)行封裝；控溫電路包括可編程邏輯器件、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器。本發(fā)明中的控溫電路能不同的輻照度值提供給焦平面，定標(biāo)光源采用鎳鉻合金以及對(duì)定標(biāo)光源進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，使得在不同等級(jí)大小電流加熱下具有更好的穩(wěn)定性和散熱能力，可以產(chǎn)生覆蓋全動(dòng)態(tài)范圍的輻照度等級(jí)，直接提高星上定標(biāo)精度。
文檔編號(hào)H04N5/33GK102685546SQ20121014817
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者劉兆軍, 吳立民, 周峰, 張寅生, 張文昱, 張濤, 王彬, 胡斌, 龍亮 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所