專利名稱：：一種改進(jìn)的白天星體探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光電探測領(lǐng)域，特別涉及一種白天星體探測裝置。
背景技術(shù)：
：通常來說，對(duì)星體的探測是在晚上進(jìn)行的，然而有一些星體是在白天出現(xiàn)的，這種在白天出現(xiàn)的星體應(yīng)用尋常的探測方法很難對(duì)之進(jìn)行探測。因此對(duì)它們的探測就具有了更大的難度。白天和晚上對(duì)星體探測的主要區(qū)別在于背景光亮度不同。在白天，目標(biāo)本身的信號(hào)很弱，而天空背景所產(chǎn)生的信號(hào)則較強(qiáng)，加上大氣的散射吸收湍流等影響使得目標(biāo)的對(duì)比度很差，難以識(shí)別。白天星體探測的主要難點(diǎn)在于強(qiáng)背景造成的低對(duì)比度及低信噪比。因此為了提高白天探測星體的性能，怎樣對(duì)背景光的干擾進(jìn)行抑制、怎樣提高系統(tǒng)的信噪比以達(dá)到探測目的成為了重點(diǎn)。申請(qǐng)人曾設(shè)計(jì)過一個(gè)白天星體探測裝置(申請(qǐng)?zhí)?00910088900.5),它是同時(shí)應(yīng)用光譜濾波法和偏振法的原理對(duì)白天無云天空背景下的星體進(jìn)行探測的。其中，光譜濾波法的原理是根據(jù)白天天空背景下，目標(biāo)星體和天空背景的光譜特性的不同(例如某些星體的峰值出現(xiàn)在波長為0.8pm的位置附近；背景光的峰值在0.5um左右，且連續(xù)光譜曲線從峰值到較長波段下降速度較快)，采用濾光片來濾掉一部分短波(例如波長小于0.6wm的波段)，由此提高探測器對(duì)所需目標(biāo)與背景輻射通量之比。偏振法的原理是利用目標(biāo)星體和天空背景光偏振態(tài)的不同來提高信噪比并對(duì)星體進(jìn)行測量(目標(biāo)星體的偏振度比較小，天空背景的偏振度與散射面和太陽的夾角有關(guān))。根據(jù)光譜濾波法和偏振法的原理設(shè)計(jì)的白天星體探測裝置。它主要是在光學(xué)系統(tǒng)和CCD之間裝有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的濾光片轉(zhuǎn)盤和線偏振器。其中，濾光片轉(zhuǎn)盤分8檔濾光片(見表l);線偏振器旋轉(zhuǎn)角度范圍為O。180°。表l濾光片的波段和透過率<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>這個(gè)白天星體探測裝置結(jié)構(gòu)簡單，且創(chuàng)新性的同時(shí)采用光譜濾波和偏振法對(duì)白天天空背景下的星體進(jìn)行探測，結(jié)合了兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，大大的提高了白天對(duì)星體探測的性能，提高了信噪比。然而，還是存在著一些不足(1)首先，濾光片雖然有8各檔位，但總的來說卻只有兩個(gè)波段以供選擇彩色濾光片0.61.Qum,無色濾光片0.41.0um。對(duì)于白天星體探測來說，單獨(dú)應(yīng)用光譜濾波法的最佳譜段已經(jīng)知道了(0.6l.Oum)。但是卻不知道同時(shí)應(yīng)用光譜濾波和偏振法的最佳譜段。因?yàn)榇髿獾钠裉匦砸埠凸獾牟ǘ问怯嘘P(guān)系的，一般來說偏振隨著波長的增加而減少；而且背景和目標(biāo)的光譜特性與偏振特性之間的區(qū)別也知之甚少，況且不同時(shí)間不同角度不同天氣情況下目標(biāo)和背景的光譜以及偏振特性又有所不同。因此，若想更進(jìn)一步的研究出目標(biāo)和背景的譜段與偏振特性的關(guān)系，僅僅應(yīng)用這兩個(gè)波段是不夠的。(2)其次，只知道目標(biāo)與背景的大致偏振態(tài)分布，并根據(jù)這個(gè)分布來探測星體是比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力的；若想要實(shí)時(shí)測量出天空背景精確的偏振分布，并以此為根據(jù)，在計(jì)算機(jī)的指導(dǎo)下自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)線偏振器至合適的角度，以降低背景噪聲的影響，提高信噪比，達(dá)到探測目的，僅僅應(yīng)用一個(gè)線偏振器是不夠的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種改進(jìn)的白天星體探測裝置，該裝置大幅度提高了白天無云天空背景下星體與背景的對(duì)比度SNR，提高了白天星體的探測性能，達(dá)到最佳探測效果。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種改進(jìn)的白天星體探測裝置包括光學(xué)系統(tǒng)、無色濾光片轉(zhuǎn)盤、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤、相位延遲器轉(zhuǎn)盤、線偏振器轉(zhuǎn)盤、CCD相機(jī)、計(jì)算機(jī)；光學(xué)系統(tǒng)和CCD相機(jī)用來獲取目標(biāo)和背景的圖像信息；無色濾光片轉(zhuǎn)盤和彩色濾光片轉(zhuǎn)盤對(duì)目標(biāo)和背景的光譜信息進(jìn)行提取和限制；相位延遲器轉(zhuǎn)盤和線偏振器轉(zhuǎn)盤對(duì)目標(biāo)和背景的偏振信息進(jìn)行測量和探測；計(jì)算機(jī)對(duì)無色濾光片轉(zhuǎn)盤、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤、相位延遲器轉(zhuǎn)盤、線偏振器轉(zhuǎn)盤、CCD相機(jī)進(jìn)行控制和調(diào)整；光信號(hào)通過光學(xué)系統(tǒng)后，依次經(jīng)過無色濾光片轉(zhuǎn)盤上的無色濾光片、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤上的彩色濾光片對(duì)透過率和波段進(jìn)行限制，再經(jīng)相位延遲器轉(zhuǎn)盤和線偏振器轉(zhuǎn)盤最終到達(dá)CCD相機(jī)的像面，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳到計(jì)算機(jī)上，在計(jì)算機(jī)的控制下對(duì)白天天空背景的偏振信息進(jìn)行測量。所述的光學(xué)系統(tǒng)為一個(gè)對(duì)稱性折返式的光學(xué)系統(tǒng)，它由保護(hù)玻璃、反射鏡、兩片式補(bǔ)償鏡組、主鏡組成；入射光線進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，順次通過保護(hù)玻璃、在主鏡的第一面透射，第二面反射，反射回的光線經(jīng)反射鏡再次反射，通過兩片式補(bǔ)償鏡組從光學(xué)系統(tǒng)射出。所述的光學(xué)系統(tǒng)的視場為0.8°、入瞳直徑200mm、焦距800ram、F數(shù)4、波段4501000nm、中心波長為700nm、玻璃材料均采用N-BK7。所述的無色濾光片轉(zhuǎn)盤包括七塊不同透過率的無色濾光片，其波段為0.41.Onm,透過率分別為1%、5%、10%、25%、50%、75%、98.5%。所述的彩色濾光片轉(zhuǎn)盤包括十塊不同波段的截止濾光片和帶通濾波片，其波段分別為0.41.0um、0.51.0um、0.61.0nm、0.71.0Pm、0.40.5um、0.50.6ixm、0.60.7;im、0.70.8um、0.80.9um、0.9lym。所述的相位延遲器轉(zhuǎn)盤上有一塊1/4波長的相位延遲器。所述的相位延遲器轉(zhuǎn)盤上的相位延遲器與線偏振器轉(zhuǎn)盤上的線偏振器均可以繞軸在0°180°的角度范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。所選CCD相機(jī)的波段為4001080nm，CCD相機(jī)安裝在導(dǎo)軌上，在步進(jìn)電機(jī)控制下，移動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)對(duì)CCD相機(jī)(6)進(jìn)行調(diào)焦。所述的計(jì)算機(jī)可以對(duì)無色濾光片轉(zhuǎn)盤和彩色濾光片轉(zhuǎn)盤、相位延遲器和線偏振器、CCD相機(jī)進(jìn)行控制與調(diào)整；在計(jì)算機(jī)的控制下，可以對(duì)白天天空背景的偏振信息(斯托克斯參數(shù))進(jìn)行測量、可以同時(shí)應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)星體進(jìn)行快速的探測、還可以共同應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)白天星體探測的最佳波段進(jìn)行研究。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明同時(shí)采用光譜濾波法和偏振法來對(duì)白天天空背景下的星體進(jìn)行探測；大幅度提高了白天無云天空背景下星體與背景的對(duì)比度SNR，提高了白天星體的探測性能。(2)所設(shè)計(jì)的對(duì)稱性折返式光學(xué)系統(tǒng)，像質(zhì)高，MTF幾乎達(dá)到衍射極限，且不引入額外的偏振誤差，有利于對(duì)白天無云天空下的星體進(jìn)行偏振探測，玻璃材料均為N-BK7，性價(jià)比高。(3)根據(jù)目標(biāo)(白天天空背景下的星體)的光譜特性，選擇了光學(xué)系統(tǒng)和CCD相機(jī)的響應(yīng)波段，更有利于對(duì)白天無云天空下的星體進(jìn)行光譜探測。(4)與原方案相比，本發(fā)明應(yīng)用無色濾光片轉(zhuǎn)盤和彩色、搶光片轉(zhuǎn)盤兩個(gè)轉(zhuǎn)盤取代了一個(gè)濾光片轉(zhuǎn)盤，細(xì)分了光譜區(qū)域，可以對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的偏振特性做出更細(xì)致、更精密的測量和分析(研究出各個(gè)波段內(nèi)目標(biāo)和背景的偏振特性差異情況)，再綜合光譜濾波的方法(也就是各個(gè)波段內(nèi)目標(biāo)和背景的能量分布差異情況)，通過探測實(shí)驗(yàn)，找出共同應(yīng)用光譜和偏振測量方法的最佳波段范圍進(jìn)行探測以提高白天天空背景下星體探測能量。(5)與原系統(tǒng)相比，在應(yīng)用線偏振器轉(zhuǎn)盤的基礎(chǔ)上增加了1/4波長的相位延遲器轉(zhuǎn)盤，配以相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，能更精確的實(shí)時(shí)測量出背景的偏振態(tài)，并根據(jù)背景的偏振態(tài)，通過計(jì)算機(jī)軟件控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來控制線偏振器的轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到最佳探測效果。(6)通過反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)各調(diào)整機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，可以更便捷的對(duì)星體進(jìn)行探測。圖面說明圖1為本發(fā)明的組成框圖2為圖1中的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3為光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線；圖4為無色濾光片轉(zhuǎn)盤的示意圖5為或彩色濾光片轉(zhuǎn)盤的示意圖6為相位延遲器轉(zhuǎn)盤的示意圖7為線偏振器轉(zhuǎn)盤的示意圖8為相位延遲器和線偏振器的工作原理圖9為對(duì)白天天空背景的偏振信息(斯托克斯參數(shù))進(jìn)行測量的計(jì)算機(jī)控制流程圖；圖10為同時(shí)應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)星體進(jìn)行快速探測的流程圖；圖11為共同應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)白天星體探測的最佳波段的流程圖。具體實(shí)施例方式如所示圖1所示，本系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)1、無色濾光片轉(zhuǎn)盤2、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤3、相位延遲器轉(zhuǎn)盤4、線偏振器轉(zhuǎn)盤5、CCD相機(jī)6、計(jì)算機(jī)7組成；信號(hào)通過光學(xué)系統(tǒng)l后，依次經(jīng)過無色濾光片轉(zhuǎn)盤2上的無色濾光片、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤3上的彩色濾光片對(duì)透過率和波段進(jìn)行限制，再經(jīng)相位延遲器轉(zhuǎn)盤4和線偏振器轉(zhuǎn)盤5最終到達(dá)CCD相機(jī)6的像面，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳到計(jì)算機(jī)7上；光學(xué)系統(tǒng)1和CCD相機(jī)6用來獲取目標(biāo)和背景的圖像信息；無色濾光片轉(zhuǎn)盤2和彩色濾光片轉(zhuǎn)盤3應(yīng)用光譜濾波的方法對(duì)目標(biāo)和背景的光譜信息進(jìn)行提取和限制；相位延遲器轉(zhuǎn)盤4和線偏振器轉(zhuǎn)盤5共同作用，應(yīng)用偏振的方法對(duì)目標(biāo)和背景進(jìn)行測量和探測；計(jì)算機(jī)7負(fù)責(zé)控制無色濾光片轉(zhuǎn)盤2、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤3、相位延遲器轉(zhuǎn)盤4和線偏振器轉(zhuǎn)盤5的旋轉(zhuǎn)以及CCD相機(jī)6的調(diào)焦。如圖2所示，本發(fā)明中的光學(xué)系統(tǒng)1應(yīng)用的是一個(gè)對(duì)稱性折返式的光學(xué)系統(tǒng)；光學(xué)系統(tǒng)1由保護(hù)玻璃8、反射鏡9、兩片式補(bǔ)償鏡組10、主鏡11組成；入射光線進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)1內(nèi)，順次通過保護(hù)玻璃8、在主鏡ll的第一面透射，第二面反射，反射回的光線經(jīng)反射鏡9再次反射，通過兩片式補(bǔ)償鏡組10從光學(xué)系統(tǒng)1射出。光學(xué)系統(tǒng)1的視場為0.8°、入瞳直徑200mm、焦距80(km、F數(shù)4、波段4501000nm、中心波長為700nm、玻璃材料均采用N-BK7。因?yàn)楸景l(fā)明要測量天空背景的偏振度，所以光學(xué)系統(tǒng)l的無偏特性在前期的設(shè)計(jì)與后期的加工裝調(diào)等過程中必須要保證。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免使用能引起額外偏振變化的器件(例如棱鏡，45度平面反射鏡等)，應(yīng)盡量選用對(duì)稱結(jié)構(gòu)。圖3是光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)。從圖3可以看到在55線對(duì)/毫米時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF大于0.5，非常接近衍射極限，它可以保證一個(gè)好的成像質(zhì)量、滿足探測需求。CCD相機(jī)6作為本發(fā)明的接收器件，根據(jù)目標(biāo)的光譜特性，所選CCD相機(jī)的響應(yīng)波段是4001080nm;CCD相機(jī)6放在可調(diào)導(dǎo)軌上，以調(diào)整像面，并配有散熱通道；無色濾光片轉(zhuǎn)盤2的結(jié)構(gòu)如圖4所示，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的驅(qū)動(dòng)下，通過齒輪13、齒輪14、齒輪15的嚙合傳動(dòng)而達(dá)到了切換無色濾光片組16、選取不同透過率的無色濾光片的目的。無色濾光片組16由七塊不同透過率的無色濾光片組成，其波段均為0.41.0"m，七塊無色濾光片的透過率分別為1%、5%、10%、25%、50%、75%、98.5%。在白天天空背景下對(duì)星體進(jìn)行測量時(shí)，因?yàn)樘炜毡尘肮獾哪芰糠浅?qiáng)，尤其是臨近天陽的區(qū)域。因此要選擇合適透過率的無色濾光片，以避免過強(qiáng)的能量進(jìn)入系統(tǒng)致使CCD飽和甚至損壞，同時(shí)又要保證足夠的能量進(jìn)行探測。這七塊不同透過率的無色濾光片可以完全滿足白天星體的探測要求。彩色濾光片轉(zhuǎn)盤3的結(jié)構(gòu)如圖5所示，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)17的驅(qū)動(dòng)下，通過齒輪18、齒輪19、齒輪20的嚙合傳動(dòng)而達(dá)到了切換彩色濾光片組21、選取不同波段的彩色濾光片的目的。彩色濾光片組21由十塊不同波段的截止濾光片和帶通濾波片組成，其波段分別為0.4l.Oum、0.51.0um、0.61.0um、0.7~1.0ym、0.40.5um、0.50.6yra、0.60.7um、0.70.8iim、0.80.9iim、0.9liim。與原方案相比，細(xì)分了光譜區(qū)域，不僅可以應(yīng)用光譜濾波法進(jìn)行基本的探測(應(yīng)用波段0.61.0um的濾光片)，還可以在其它的截止波段或帶通波段對(duì)星體進(jìn)行探測。與無色濾光片轉(zhuǎn)盤2、與相位延遲器轉(zhuǎn)盤4、線偏振器轉(zhuǎn)盤5—起使用，能進(jìn)一步研究出光譜波段與偏振的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化的共同應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)白天天空背景下星體進(jìn)行探測的目的。相位延遲器轉(zhuǎn)盤4的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其中，22為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、23為主動(dòng)輪、25為從動(dòng)輪、24為相位延遲器；驅(qū)動(dòng)電機(jī)22驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪23，帶動(dòng)從動(dòng)輪25，從而達(dá)到了旋轉(zhuǎn)相位延遲器24的目的。線偏振器轉(zhuǎn)盤5的結(jié)構(gòu)如圖7所示，其中26為驅(qū)動(dòng)電機(jī)、27為主動(dòng)輪、29為從動(dòng)輪、28為線偏振器；驅(qū)動(dòng)電機(jī)26驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪27，帶動(dòng)從動(dòng)輪29，從而達(dá)到了旋轉(zhuǎn)線偏振器28的目的。相位延遲器24和線偏振器28的工作原理如圖8所示。其中，0為光源、24為相位延遲器、b是相位延遲器24的快軸、P是快軸b的方向與x'的夾角、28是線偏振器、a是線偏振器28的透光軸、(i是透光軸a與x''的夾角；相位延遲器24為一1/4波長的相位延遲器。相位延遲器24與線偏振器28均可以繞軸在0。180°的角度范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。相位延遲器24與線偏振器28配合使用，不僅可以對(duì)白天天空背景下的目標(biāo)星體進(jìn)行探測，而且還可以應(yīng)用傅立葉變換的方法對(duì)白天天空背景的偏振信息(斯托克斯參數(shù))做出精密的測量，其原理如下所示當(dāng)光束與物質(zhì)相互作用時(shí)，出射光束的四個(gè)斯托克斯參數(shù)分別與入射光束的四個(gè)Stokes參數(shù)成線性函數(shù)關(guān)系。寫成矩陣形式就是(1)式中，S。w是出射光的斯托克斯矩陣，5;是入射光的斯托克斯矩陣。M是一個(gè)4X4階矩陣，它表示這種物質(zhì)的特性及取向，稱為Mueller矩陣。放置l/4波長的相位延遲器24和線偏振器28，線偏振器28的Mueller矩陣表示為1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(2)1/4波長的相位延遲器24的Mueller矩陣為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(3)則出射光的斯托克斯矢量為[M1cos2asin20cos2acos22acos2asin2a0sin2cos2asin2^sin22a00000由(4)得到出射光強(qiáng)表達(dá)式為100o-0cos22々cos2々sin2^-sin2々0cos2"sin22々cos2/.0sin2〃一cos2y90(4)/t=丄[/+cos2"+蘭sin2a)(l+cos5)]+丄[Fsin5sin(2a—2/)]2222+*/(2cos2a-rsin2cc)cos4/+(Qsin2q:+Fcos2a)sin4〃](1-cos/)(5)注意到公式(5)為一傅立葉序列=C0+C2cos2"+C4cos4"+S2sin2/+S4sin4"(6)可以通過傅立葉變換求出其系數(shù)表達(dá)式，對(duì)偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)^2L，有'2121sin.(7)足=0、1、……、L，^=(/-1)A/,/,是角度為/i時(shí)的光強(qiáng)固定線偏振器28的角度a，將相位延遲器2A的角度從^以AA遞增。用/+A代替中的公式(6)中的p。只要相位延遲器24的初始角/已知。線偏振器28的角度a己知。斯托克斯參數(shù)就可以由C。、C2、5*2、C4、&求出。,1+cos<5,=2C0—21一cos<52=4l-cos54l-cos5(8)2C,一2Ssin^sin(2a—4/0)sin^cos(2a—4/90)測量出背景的斯托克斯參數(shù)后，就得到了白天天空背景的偏振度數(shù)值，同時(shí)知道星體的偏振度非常小(白天星體的偏振度也可以在晚上準(zhǔn)確的測量出來)，根據(jù)目標(biāo)星體和天空背景的偏振信息，旋轉(zhuǎn)線偏振器轉(zhuǎn)盤5，可以對(duì)目標(biāo)星體進(jìn)行更精確的探測。圖9、圖10、圖11為計(jì)算機(jī)控制流程圖。圖9表示的是對(duì)白天天空背景的偏振信息(斯托克斯參數(shù))進(jìn)行測量的流程圖。如圖9所示，目標(biāo)區(qū)域的光信號(hào)(包括目標(biāo)和背景)成像在CCD相機(jī)上面，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并傳遞給計(jì)算機(jī)；在計(jì)算機(jī)的控制下調(diào)整彩色濾光片轉(zhuǎn)盤，選擇0.41.0um的濾光片；在此同時(shí)，控制旋轉(zhuǎn)無色濾光片轉(zhuǎn)盤選擇合適透過率的無色濾光片，在保證足夠的探測能量的同時(shí)，避免CCD飽和；在計(jì)算機(jī)的控制下對(duì)相位延遲器和線偏振器進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及光強(qiáng)值的變化，應(yīng)用傅立葉變換的方法實(shí)時(shí)測量出目標(biāo)區(qū)域(主要是背景)的偏振信息(以斯托克斯參數(shù)表示)。圖10表示的是同時(shí)應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)星體進(jìn)行快速探測的流程圖。如圖IO所示，目標(biāo)區(qū)域的光信號(hào)(包括目標(biāo)和背景)成像在CCD相機(jī)上面，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并傳遞給計(jì)算機(jī)；在計(jì)算機(jī)的控制下調(diào)整彩色濾光片轉(zhuǎn)盤，選擇0.61.0ym的濾光片，應(yīng)用光譜濾波的方法提高目標(biāo)與背景的信噪比；在此同時(shí)，控制旋轉(zhuǎn)無色濾光片轉(zhuǎn)盤選擇合適透過率的無色濾光片，在保證足夠的探測能量的同時(shí)，避免CCD相機(jī)飽和；在計(jì)算機(jī)的控制下旋轉(zhuǎn)線偏振器，應(yīng)用偏振的方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測。圖11表示的是對(duì)共同應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)白天星體探測的最佳波段進(jìn)行研究的流程圖。如圖所示，目標(biāo)區(qū)域的光信號(hào)(包括目標(biāo)和背景)成像在CCD相機(jī)上面，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并傳遞給計(jì)算機(jī)；在計(jì)算機(jī)的控制先選定彩色濾光片轉(zhuǎn)盤的第一塊濾光片，控制旋轉(zhuǎn)無色濾光片轉(zhuǎn)盤選擇合適透過率的無色濾光片，在保證足夠的探測能量的同時(shí)，避免CCD飽和；在計(jì)算機(jī)的控制下對(duì)相位延遲器轉(zhuǎn)盤和線偏振器轉(zhuǎn)盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及光強(qiáng)值的變化，應(yīng)用傅立葉變換的方法實(shí)時(shí)測量出目標(biāo)區(qū)域(主要是背景)的偏振信息(以斯托克斯參數(shù)表示)。根據(jù)反饋回計(jì)算機(jī)的背景的偏振信息，控制旋轉(zhuǎn)線偏振器轉(zhuǎn)盤達(dá)到最佳角度，對(duì)星體進(jìn)行探測并記錄探測信息；旋轉(zhuǎn)彩色濾光片轉(zhuǎn)盤，并依次對(duì)第二塊至第十塊濾光片重復(fù)以上步驟，分別對(duì)星體進(jìn)行探測并記錄探測信息，最終輸出結(jié)果，對(duì)信息進(jìn)行分析，歸納記錄天空各區(qū)域?qū)π求w同時(shí)應(yīng)用光譜濾波法和偏振法的最佳譜段以及在不同波段內(nèi)目標(biāo)和背景的偏振度變化。權(quán)利要求1、一種改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于包括光學(xué)系統(tǒng)(1)、無色濾光片轉(zhuǎn)盤(2)、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤(3)、相位延遲器轉(zhuǎn)盤(4)、線偏振器轉(zhuǎn)盤(5)、CCD相機(jī)(6)、計(jì)算機(jī)(7)；光學(xué)系統(tǒng)(1)和CCD相機(jī)(6)用來獲取目標(biāo)和背景的圖像信息；無色濾光片轉(zhuǎn)盤(2)和彩色濾光片轉(zhuǎn)盤(3)對(duì)目標(biāo)和背景的光譜信息進(jìn)行提取和限制；相位延遲器轉(zhuǎn)盤(4)和線偏振器轉(zhuǎn)盤(5)對(duì)目標(biāo)和背景的偏振信息進(jìn)行測量和探測；計(jì)算機(jī)(7)對(duì)無色濾光片轉(zhuǎn)盤(2)、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤(3)、相位延遲器轉(zhuǎn)盤(4)、線偏振器轉(zhuǎn)盤(5)、CCD相機(jī)(6)進(jìn)行控制和調(diào)整；光信號(hào)通過光學(xué)系統(tǒng)(1)后，依次經(jīng)過無色濾光片轉(zhuǎn)盤(2)上的無色濾光片、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤(3)上的彩色濾光片對(duì)透過率和波段進(jìn)行限制，再經(jīng)相位延遲器轉(zhuǎn)盤(4)和線偏振器轉(zhuǎn)盤(5)最終到達(dá)CCD相機(jī)(6)的像面，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳到計(jì)算機(jī)(7)上，在計(jì)算機(jī)(7)的控制下對(duì)白天天空背景的偏振信息進(jìn)行測量。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于所述的光學(xué)系統(tǒng)(1)為一個(gè)對(duì)稱性折返式的光學(xué)系統(tǒng)，它由保護(hù)玻璃(8)、反射鏡(9)、兩片式補(bǔ)償鏡組(10)、主鏡(11)組成；入射光線進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)(1)內(nèi)，順次通過保護(hù)玻璃(8)、在主鏡(11)的第一面透射，第二面反射，反射回的光線經(jīng)反射鏡(9)再次反射，通過兩片式補(bǔ)償鏡組(10)從光學(xué)系統(tǒng)(1)射出。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于所述的光學(xué)系統(tǒng)(1)的視場為O.8°、入瞳直徑200mm、焦距800mm、F數(shù)4、波段4501000nm、中心波長為700nm、玻璃材料均采用N-BK7。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于所述的無色濾光片轉(zhuǎn)盤(2)包括七塊不同透過率的無色濾光片，其波段為0.41.0nm，透過率分別為1%、5%、10%、25%、50%、75%、98.5%。5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于所述的彩色濾光片轉(zhuǎn)盤(3)包括十塊不同波段的截止濾光片和帶通濾波片，其波段分別為0.41.Onin、0.5~1.0nm、0.61.0um、0.71.0um、0.40.5ym、0.50.6um、0.60.7um、0.70.8nm、0.80.9um、0.9lnm。6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于所述的相位延遲器轉(zhuǎn)盤(4)上有一塊1/4波長的相位延遲器。7、根據(jù)權(quán)利要求l所述的改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于所述的相位延遲器轉(zhuǎn)盤(4)上的相位延遲器與線偏振器轉(zhuǎn)盤(5)上的線偏振器均可以繞軸在0°180°的角度范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于所選CCD相機(jī)(6)的波段為4001080nm，CCD相機(jī)安裝在導(dǎo)軌上，在步進(jìn)電機(jī)控制下，移動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)對(duì)CCD相機(jī)(6)進(jìn)行調(diào)焦。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的白天星體探測裝置，其特征在于在所述計(jì)算機(jī)(7)的控制下，對(duì)白天天空背景的偏振信息進(jìn)行測量、或同時(shí)應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)星體進(jìn)行快速的探測、或共同應(yīng)用光譜濾波法和偏振法對(duì)白天星體探測的最佳波段進(jìn)行研究。全文摘要一種改進(jìn)的白天星體探測裝置，它主要由光學(xué)系統(tǒng)、無色濾光片轉(zhuǎn)盤、彩色濾光片轉(zhuǎn)盤、相位延遲器轉(zhuǎn)盤、線偏振器轉(zhuǎn)盤、CCD相機(jī)組成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，細(xì)分了光譜區(qū)域，可以進(jìn)行更精確的測量、研究與探測；增加了相位延遲器，可以更精確的實(shí)時(shí)測量出背景的偏振態(tài)，以達(dá)到精確的測量和更好的探測效果。文檔編號(hào)G01J3/28GK101655391SQ200910091599公開日2010年2月24日申請(qǐng)日期2009年8月28日優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日發(fā)明者朱耆祥,鋒程,藍(lán)公仆,馬文禮,高曉東申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所