一種實(shí)用型熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高光譜成像技術(shù)，具體是指一種實(shí)用型熱紅外高光譜成像儀載荷系 統(tǒng)，它應(yīng)用于地質(zhì)礦物勘探、污染氣體監(jiān)測(cè)、特征目標(biāo)精細(xì)識(shí)別等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 成像高光譜技術(shù)的出現(xiàn)是遙感界的一場(chǎng)革命，它使本來(lái)在寬波段遙感中不可探測(cè) 的物質(zhì)在高光譜遙感中能被探測(cè)，其重要意義已經(jīng)得到世界范圍內(nèi)的公認(rèn)，相對(duì)于可見(jiàn)光 和短波紅外，在熱紅外波段進(jìn)行高光譜遙感研宄具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。受技術(shù)條件限制，其發(fā)展一 直相對(duì)緩慢，近年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，高光譜紅外傳感器的研制和應(yīng)用才逐漸被世界各個(gè) 國(guó)家和機(jī)構(gòu)所重視，包括美國(guó)、歐盟在內(nèi)的多個(gè)組織和部門(mén)都在進(jìn)行熱紅外高光譜成像傳 感器的研制，。
[0003] 對(duì)高光譜成像儀而言，分光方式是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。一般而言，高光譜成像儀的 分光方式包括棱鏡分光、光柵分光、傅里葉變換分光等方式。其中棱鏡和光柵是常見(jiàn)的分 光方式，大多數(shù)的航空、航天平臺(tái)的高光譜成像儀均采用此方案，可以通稱(chēng)為色散型分光方 式，傅里葉分光方式是通過(guò)光譜像元干涉圖與光譜圖之間的傅里葉變換關(guān)系，通過(guò)測(cè)量干 涉圖和對(duì)干涉圖進(jìn)行傅里葉變換來(lái)獲得物體的光譜信息，該方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對(duì)于可見(jiàn)與短 波紅外譜段的高光譜成像儀而言，色散型分光和傅里葉分光國(guó)內(nèi)均有成熟的設(shè)備（如機(jī)載 實(shí)用型模塊化成像光譜儀0MIS、環(huán)境衛(wèi)星載超光譜成像儀）。
[0004] 目前我國(guó)無(wú)論是機(jī)載平臺(tái)還是星載平臺(tái)尚無(wú)實(shí)用化運(yùn)行的熱紅外高光譜成像儀 載荷，由于其涉及到紅外背景的抑制及低溫光學(xué)的等技術(shù)難題，無(wú)論采用色散型分光方案 還是傅里葉分光方案，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)與可見(jiàn)光、短波紅外譜段的高光譜成像儀均有著極大的 不同，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案多處于實(shí)驗(yàn)室研宄階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種實(shí)用型熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)，解決紅外背景的抑制及 低溫光學(xué)的工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)難題。
[0006] 本發(fā)明熱紅外高光譜成像儀工作于熱紅外譜段的高光譜成像儀載荷系統(tǒng)，它采用 色散型分光方式，利用平面光柵+三反射鏡組作為分光部件，載荷系統(tǒng)除前置望遠(yuǎn)鏡外其 它部件均工作于低于100K的深底紋環(huán)境下，紅外焦平面探測(cè)器采取特殊冷屏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能 夠抑制紅外背景輻射，使系統(tǒng)可以獲得目標(biāo)在8. 0~12. 5ym譜段之間多于180個(gè)的高光 譜圖像信息，是一種新型的可實(shí)用化熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如附圖1所示，它包括實(shí)時(shí)定標(biāo)裝置 1、前置望遠(yuǎn)鏡2、低溫冷箱鍺窗口 3、狹縫4、低溫光譜儀5、低溫冷箱6和熱紅外焦平面探測(cè) 器組件7。目標(biāo)景物的熱紅外輻射光譜信息經(jīng)前置望遠(yuǎn)鏡透過(guò)鍺窗口后會(huì)聚于狹縫處，狹縫 用于限制入射光的觀(guān)測(cè)瞬時(shí)視場(chǎng)，之后經(jīng)過(guò)低溫光譜儀的分光，將入射的目標(biāo)的熱紅外全 譜段光譜信號(hào)均勻色散開(kāi)來(lái)，然后不同波段的光譜信息會(huì)聚于熱紅外焦平面探測(cè)器組件對(duì) 應(yīng)的焦面位置。圖1中的狹縫4、低溫光譜儀5、熱紅外焦平面探測(cè)器組件7均位于低溫冷 箱6內(nèi)部，在系統(tǒng)處于常溫常壓環(huán)境時(shí)，冷箱內(nèi)部為高真空狀態(tài)，其內(nèi)部部件由2臺(tái)斯特林 制冷機(jī)閉環(huán)制冷到100K，熱紅外焦平面探測(cè)器組件的光敏面由其自帶的小型制冷機(jī)制冷到 60K。鍺窗口位置位于低溫冷箱上，正對(duì)前置望遠(yuǎn)鏡，保證經(jīng)過(guò)前置望遠(yuǎn)鏡會(huì)聚的目標(biāo)光信 息進(jìn)入冷箱內(nèi)部不受遮擋，它采用真空法蘭和低溫冷箱進(jìn)行密封連接，工作于常溫狀態(tài)。
[0008]當(dāng)熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)工作時(shí)，可以獲取的目標(biāo)一個(gè)掃描條帶的高光譜 信息，通過(guò)遙感平臺(tái)（機(jī)載或者星載）推掃的方式獲得目標(biāo)的三維圖譜信息。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0010] (1)、通過(guò)低溫冷箱的設(shè)計(jì)降低儀器自身光機(jī)系統(tǒng)的紅外背景輻射，這樣目標(biāo)的熱 紅外高光譜信號(hào)不至于被淹沒(méi)在儀器自身的紅外背景輻射中，使得采用色散型分光方式的 高光譜成像儀器在熱紅外譜段進(jìn)行探測(cè)技術(shù)上變得可能；
[0011] (2)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)前置望遠(yuǎn)鏡不進(jìn)行低溫制冷，這樣對(duì)于本發(fā)明在具體實(shí)施中提出的 空間分辨率為lmrad、視場(chǎng)18度的適合于機(jī)載運(yùn)行的系統(tǒng)在直接更換望遠(yuǎn)鏡后實(shí)現(xiàn)更高的 分辨率（對(duì)應(yīng)視場(chǎng)變小），從而更加適合衛(wèi)星平臺(tái)的高分辨率觀(guān)測(cè)需求；
[0012](3)、系統(tǒng)分光部件設(shè)計(jì)為三反射鏡+平面光柵的結(jié)構(gòu)，它放置于一個(gè)真空箱體內(nèi) 部，分光部件工作于低溫100K以下，該部件結(jié)構(gòu)小巧，采用2臺(tái)中功率的較大冷量的斯特林 制冷機(jī)即可實(shí)施制冷目標(biāo)，大大降低了大規(guī)模低溫系統(tǒng)研制的復(fù)雜性；
[0013] (4)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)有實(shí)時(shí)定標(biāo)裝置，該裝置放置于前置望遠(yuǎn)鏡之前，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的 驅(qū)動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施全路徑福射定標(biāo)，可以提尚機(jī)載或星載系統(tǒng)的定量化精度。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理示意圖；圖中：1一實(shí)時(shí)定標(biāo)裝置；2-前置望遠(yuǎn)鏡；3鍺 窗口；4一狹縫；5-低溫光譜儀；6-低溫冷箱；7-熱紅外焦平面探測(cè)器組件。
[0015]圖2是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成模塊圖。
[0016]圖3是實(shí)施后研制的熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)樣機(jī)照片。
[0017]圖4是熱紅外高光譜成像儀載荷系統(tǒng)獲取的4幅單波段的熱紅外高光譜圖像，其 中：圖（1)對(duì)應(yīng)中心波長(zhǎng)8. 5ym(光譜帶寬50nm)、圖⑵對(duì)應(yīng)中心波長(zhǎng)9. 5ym(光譜帶寬 50nm)、圖（3)對(duì)應(yīng)中心波長(zhǎng)10. 5ym(光譜帶寬50nm)、圖（4)對(duì)應(yīng)中心波長(zhǎng)11.5ym(光譜 帶寬50nm)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面根據(jù)圖1~圖4給出本發(fā)明的一個(gè)較好的實(shí)施例，用以說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特 征，技術(shù)性能和功能特點(diǎn)，實(shí)施后的儀器照片如圖3所示，儀器獲取的外景圖像如圖4所示， 本實(shí)施方式并不限定本發(fā)明的范圍。該系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：
[0019] >光譜范圍：8. 0 ~12. 5ym
[0020] >光譜分辨率：優(yōu)于50nm