本技術(shù)涉及大氣探測，特別涉及一種全景成像光譜儀掩星大氣遙感探測系統(tǒng)及探測方法。

背景技術(shù)：

1、目前有多種技術(shù)手段被應(yīng)用于大氣探測領(lǐng)域，如光學(xué)技術(shù)、化學(xué)分析、質(zhì)譜技術(shù)和超聲技術(shù)等，其中利用光學(xué)技術(shù)的研究成果，已經(jīng)發(fā)展出多種大氣光學(xué)探測方法。大氣光學(xué)探測技術(shù)中的遙感技術(shù)即利用被探測物質(zhì)(如氣溶膠、水汽和云)對太陽或其他恒星等光源的反射、折射、散射和吸收等性質(zhì)進行分析和反演，不同物質(zhì)對不同波段的光譜產(chǎn)生的作用有所不同，因此可以反演獲取所需的大氣參數(shù)信息。本發(fā)明的研究在精確評估全球大氣變化的影響上具有重要意義，將為預(yù)測和干預(yù)全球氣候變化趨勢提供直接探測數(shù)據(jù)及科學(xué)依據(jù)。

2、天基大氣遙感的探測方式一般分為：天底探測、臨邊探測和掩星觀測。這三種探測方式都有各自的優(yōu)勢和不足，其中天底探測常用來探測大氣的總量，但該方式的垂直分辨率較低，難以獲得不同大氣成分濃度在不同高度的變化。臨邊探測常用來探測大氣的分層變化，相比于天底觀測，臨邊大氣探測具有很高的垂直分辨率，并且接收的輻射都來自于大氣，不會受到下墊面的影響，但切片式的觀測方式也使其難以探測大氣在某一高度層之下的總量信息。掩星觀測在平行于地球表面切線的方向上探測恒星的透射光譜，根據(jù)大氣成分的光譜吸收特性，反演大氣成分和含量。在掩星接近尾聲，恒星最終消失在地平線，載荷將繼續(xù)按照預(yù)定的觀測計劃將其指向方向移動到下一顆恒星，實現(xiàn)全天候的觀測。相比于天底探測，掩星探測的垂直分辨率更高，并且有多顆恒星可作為光源進行掩星觀測，不受太陽和遙感儀相對位置的影響，探測的空間和時間范圍更廣。

3、臨邊觀測和天底觀測兩種星載大氣探測方式都具有自己的優(yōu)勢和不足，但通常需要在較為明亮的區(qū)域進行觀測。陰影區(qū)太陽入射光能量偏低，常規(guī)的天底觀測和臨邊觀測會導(dǎo)致圖像中相應(yīng)區(qū)域的反射率光譜信號偏弱，同時噪聲顯著增加，并伴隨光譜藍移現(xiàn)象，在陰影區(qū)域觀測到的信號變得模糊和弱化，加大了陰影區(qū)目標(biāo)探測的難度。為了實現(xiàn)全天候觀測，陰影區(qū)的觀測尤為重要。天基載荷在陰影區(qū)的探測示意圖如圖1所示，在光照區(qū)利用太陽散射光進行觀測，在陰影區(qū)選擇較亮的恒星進行掩星觀測，在掩星接近尾聲時，天基載荷按照預(yù)定的觀測計劃將按其指向方向移動到下一顆恒星繼續(xù)進行掩星觀測。由于高溫使得藍星的輻射能量更多地集中在較短波長的紫外線和藍光區(qū)域，而太陽的輻射峰值位于可見光的黃光區(qū)域。由于藍星的輻射能量更強，并且集中在較短波長的光譜區(qū)域，因此其光譜信號相對較亮，所以藍星的光譜在可見光譜范圍內(nèi)通常比太陽的光譜要亮得多。不同的藍星恒星可能具有不同的光譜特征和輻射強度，這取決于其具體的物理特性、溫度和化學(xué)成分。因此采取對類似藍星這類的恒星進行掩星觀測解決陰影區(qū)觀測困難和陰影區(qū)信噪比低的問題，從而實現(xiàn)全天候觀測，對于天體周期性變化、突發(fā)事件、大氣的長期演化等方面獲得更全面、連續(xù)的數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷提供可解決陰影區(qū)觀測困難的全景成像光譜儀掩星大氣遙感探測系統(tǒng)及探測方法。

2、為解決上述問題，本技術(shù)采用下述技術(shù)方案：

3、本技術(shù)目的之一，提供一種全景成像光譜儀掩星大氣遙感探測系統(tǒng)，包括：全景相機(1)、準(zhǔn)直單元(2)、第一偏振片(3)、聲光可諧調(diào)濾波器(4)、第二偏振片(5)、成像單元(6)及探測器(7)，其中：

4、所述全景相機(1)將入射的光束形成環(huán)形掩星視場，經(jīng)所述全景相機(1)出射的光束經(jīng)所述準(zhǔn)直單元(2)入射到所述第一偏振片(3)，經(jīng)所述第一偏振片(3)的光束形成線偏振光，所述線偏振光入射進入所述聲光可諧調(diào)濾波器(4)，經(jīng)所述聲光可諧調(diào)濾波器(4)調(diào)制后光束只產(chǎn)生+1級衍射光并入射進入所述第二偏振片(5)，經(jīng)所述第二偏振片(5)吸收未衍射的零級光再經(jīng)所述成像單元(6)成像于所述探測器(7)上，所述探測器(7)接收環(huán)形掩星視場的光譜信號。

5、在其中一些實施例中，所述全景相機(1)包括全景環(huán)形透鏡(11)及中繼鏡組(12)，所述全景環(huán)形透鏡(11)的外側(cè)環(huán)形區(qū)域用于引入環(huán)形掩星視場，所述環(huán)形掩星視場的光束經(jīng)所述全景環(huán)形透鏡(11)反射后，由所述中繼鏡組(12)將其成像于像面(13)上，所述像面(13)的成像區(qū)域為環(huán)形視場。

6、在其中一些實施例中，所述環(huán)形掩星視場的掩星徑向方向?qū)?yīng)著不同掩星高度，環(huán)形影像對應(yīng)著360°全方位的大氣數(shù)據(jù)。

7、在其中一些實施例中，所述環(huán)形掩星視場的光束為自然光，波長為200-1100nm，帶寬900nm。

8、在其中一些實施例中，所述第一偏振片(3)與所述第二偏振片(5)正交設(shè)置。

9、本技術(shù)目的之二，提供了一種所述的全景成像光譜儀掩星大氣遙感探測系統(tǒng)的探測方法，包括下述步驟：

10、所述全景相機(1)將入射的光束形成掩星視場，經(jīng)所述全景相機(1)出射的光束經(jīng)所述準(zhǔn)直單元(2)入射到所述第一偏振片(3)；

11、經(jīng)所述第一偏振片(3)的光束形成線偏振光，所述線偏振光入射進入所述聲光可諧調(diào)濾波器(4)；

12、經(jīng)所述聲光可諧調(diào)濾波器(4)調(diào)制后光束只產(chǎn)生+1級衍射光并入射進入所述第二偏振片(5)；

13、經(jīng)所述第二偏振片(5)吸收未衍射的零級光再經(jīng)所述成像單元(6)成像于所述探測器(7)上，所述探測器(7)接收掩星視場的光譜信號。

14、在其中一些實施例中，所述全景相機(1)包括全景環(huán)形透鏡(11)及中繼鏡組(12)，所述全景環(huán)形透鏡(11)的外側(cè)環(huán)形區(qū)域用于引入環(huán)形掩星視場，所述環(huán)形掩星視場的光束經(jīng)所述全景環(huán)形透鏡(11)反射后，由所述中繼鏡組(12)將其成像于像面上，所述像面的成像區(qū)域為環(huán)形視場。

15、在其中一些實施例中，所述環(huán)形掩星視場的光束為自然光，波長為200-1100nm，帶寬900nm。

16、在其中一些實施例中，所述第一偏振片(3)與所述第二偏振片(5)正交設(shè)置。

17、本技術(shù)采用上述技術(shù)方案，其有益效果如下：

18、本技術(shù)提供的全景成像光譜儀掩星大氣遙感探測系統(tǒng)及探測方法，所述全景相機(1)將入射的光束形成環(huán)形掩星視場，經(jīng)所述全景相機(1)出射的光束經(jīng)所述準(zhǔn)直單元(2)入射到所述第一偏振片(3)，經(jīng)所述第一偏振片(3)的光束形成線偏振光，所述線偏振光入射進入所述聲光可諧調(diào)濾波器(4)，經(jīng)所述聲光可諧調(diào)濾波器(4)調(diào)制后光束只產(chǎn)生+1級衍射光并入射進入所述第二偏振片(5)，經(jīng)所述第二偏振片(5)吸收未衍射的零級光再經(jīng)所述成像單元(6)成像于所述探測器(7)上，所述探測器(7)接收環(huán)形掩星視場的光譜信號，本技術(shù)通過采用全景相機(1)實現(xiàn)掩星大視場的采集，同時采用聲光可諧調(diào)濾波器(4)結(jié)合線偏振片方案接收全景相機傳輸?shù)膱A環(huán)型光信號，實現(xiàn)了全波段的快速諧調(diào)、低雜光、不同光譜高分辨率成像，在減少光譜儀器體積重量的同時提高了整機探測效率，具有多方位、多模式、高光譜探測的優(yōu)點。

19、本技術(shù)提供的全景成像光譜儀掩星大氣遙感探測系統(tǒng)及探測方法，天基載荷利用不同恒星的光譜特征和輻射強度實現(xiàn)不受時間限制的陰影區(qū)連續(xù)觀測，對于研究快速變化的天體現(xiàn)象或長時間變化的過程非常重要，同時可以實現(xiàn)所有維度的觀測，對理解地球大氣低層和高層之間的垂直能量交換很有意義。