星载测风F-P干涉光谱仪星上定标装置

摘要

本发明涉及一种星载测风F-P干涉光谱仪星上定标装置，包括标准灯供电控制系统、光源、匀光装置以及成像系统以及监视光路，光源包括钨灯、第一、第二气体放电灯；匀光装置包括第一、第二、第三棱镜、第一以及第二半反半透分光膜，第一气体放电灯的出射光依次透过第一棱镜、第一半反半透分光膜、第二棱镜、第二半反半透分光膜以及第三棱镜；第二气体放电灯的出射光透过第二棱镜，经过第一半反半透分光膜的反射后透过第三棱镜和第二半反半透分光膜，从毛玻璃处透射；钨灯的出射光经过成像系统进入第三棱镜，经第二半反半透分光膜反射。本发明为空缺的星载测风F-P干涉光谱仪星上定标技术提供一种定标装置，本发明可有效利用的光能比较多。

说明书

技术领域

本发明属于星上定标领域，具体涉及一种星载测风F-P干涉光谱仪星上定标 装置。

背景技术

星载测风F-P干涉光谱仪主要通过观测大气中气辉谱线的多普勒频移和展宽 来确定风速、风向及温度，同时还可以探测某些原子或者分子的浓度，用于分 析大气能量转换和动力过程以及大气的组成，因此在环境保护、航空航天、国 家安全等方面有着广泛的应用前景。

星载测风F-P干涉光谱仪要得到量化应用，必须对其进行定标，建立仪器输 出数据与仪器入瞳处的输入之间的关系。由于发射过程的超重力作用、环境的 变化、仪器故障或者老化等，光谱仪进入轨道后需要对其进行星上定标，定期 监测仪器性能参数的变化情况。但是现有技术中缺少对星载测风F-P干涉光谱仪 的星上定标装置。星载风场探测F-P干涉仪的星上定标技术，是其进行高精度风 速测量的基本保障，为该类仪器的关键技术之一，研究需求迫切。

大气风场星载探测光谱仪的星上定标：1）不需要绝对定标，但相对定标很 重要；2）谱线位置的微小变化都影响到风速的计算结果，因此对波长漂移进行 监测的光谱定标非常重要。

本发明针对星载测风F-P干涉光谱仪星上定标的特点，对这一基础性、关键性 问题开展研究，提供一种星载测风F-P干涉光谱仪星上定标装置。

发明内容

本发明的发明目的：为空缺的星载测风F-P干涉光谱仪星上定标技术提供 一种星载测风F-P干涉光谱仪星上定标装置。

本发明的技术解决方案：

星载测风F-P干涉光谱仪星上定标装置，其特殊之处在于：包括标准灯供电 控制系统、均匀照明系统以及监视光路，

所述均匀照明系统包括光源、匀光装置以及成像系统，

所述光源包括钨灯、第一气体放电灯以及第二气体放电灯；

所述标准灯供电控制系统给光源提供电压；

所述匀光装置包括第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜、第一半反半透分光膜 以及第二半反半透分光膜，第一棱镜的一个端面与第二棱镜的一个端面粘接且 粘接处镀有第一半反半透分光膜，所述第二棱镜的另一个端面与第三棱镜的一 个端面粘接且粘接处镀有第二半反半透分光膜，所述第三棱镜的另一个端面为 毛玻璃，

所述第一气体放电灯的出射光依次透过第一棱镜、第一半反半透分光膜、 第二棱镜、第二半反半透分光膜以及第三棱镜，从第三棱镜的毛玻璃处透射；

所述第二气体放电灯的出射光透过第二棱镜，经过第一半反半透分光膜的 反射后透过第三棱镜和第二半反半透分光膜，从第三棱镜的毛玻璃处透射；

所述钨灯的出射光经过成像系统进入第三棱镜，经第二半反半透分光膜反 射，从第三棱镜的毛玻璃处透射；

所述监视光路为光纤束，所述光纤束接收从第三棱镜的毛玻璃处透射的透 射光。

还包括用于感应钨灯亮度的光电二极管，所述光电二极管将感应到的钨灯 的亮度发送给控制中心。

星载测风F-P干涉光谱仪星上定标装置，其特殊之处在于：包括标准灯供电 控制系统、均匀照明系统以及监视光路，所述均匀照明系统包括光源和积分球， 所述光源包括钨灯、第一气体放电灯以及第二气体放电灯；

所述积分球上设置有三个安装孔，所述钨灯、第一气体放电灯以及第二气 体放电灯依次设置在三个安装孔内，所述标准灯供电控制系统给光源提供电压；

所述积分球的出口处设置有监视光路，所述监视光路为光纤束。

还包括用于感应钨灯亮度的光电二极管，所述光电二极管将感应到的钨灯 的亮度发送给控制中心。

上述三个安装孔均匀分布在积分球上。

本发明所具有的优点：

1、性能稳定。本发明所采用的光学元器件的损耗低，可有效利用的光能比 较多。

2、功能齐全，本发明所提供的定标装置不但能做光谱定标还可以做辐射定 标；

3、本发明采用由光纤排列组合形成的光纤束做为监视光路，安装方便，节 省空间。

附图说明

图1为本发明星载测风F-P干涉光谱仪星上定标装置结构示意图；

图2为本发明均匀照明系统的光源示意图；

图3为本发明棱镜匀光星上定标系统的结构示意图；

图4为本发明积分球匀光星上定标系统的结构示意图；

其中附图标记为：1-第一棱镜，2-第一半反半透分光膜，3-第二棱镜，4-第 二半反半透分光膜，5-第三棱镜，6-毛玻璃，7-光电二极管，8-成像系统，11- 第一气体放电灯，12-第二气体放电灯，13-钨灯。

具体实施方式

从仪器研制角度讲，星上定标系统应实现均匀、稳定、强度可控的标准辐 射输出，系统一般由标准灯供电控制系统、均匀照明系统和监视光路组成，如 图1所示。通常标准灯供电控制系统从专业光源生产厂家定制，标准灯供电控 制系统给光源提供电压；均匀照明系统中的光源可考虑柯勒照明或积分球均匀 照明。根据F-P干涉仪的总体方案，监视光路由光纤束引出并与望远镜视场进 行拼接。综合上述星载F-P测风干涉仪对星上定标系统的要求和定标系统方案 设计的思路，本发明提出了两种不同合光匀光照明系统的F-P测风干涉仪星上 定标系统。

棱镜方案：

均匀照明系统包括光源、匀光装置、成像系统8。

如图2所示，光源由钨灯、第一气体放电灯以及第二气体放电灯组成；钨 灯、第一气体放电灯、第二气体放电灯都是包括两部分，一部分为电源，另一 部分为灯，电源的一端与标准灯供电控制系统连接，另一端通过导线与灯连接。

如图3所示，匀光装置包括第一棱镜1、第二棱镜3、第三棱镜5、第一半 反半透分光膜2以及第二半反半透分光膜4，第一棱镜的一个端面与第二棱镜的 一个端面粘接且粘接处镀有第一半反半透分光膜，第二棱镜的另一个端面与第 三棱镜的一个端面粘接且粘接处镀有第二半反半透分光膜，第三棱镜的另一个 端面为毛玻璃6，

第一气体放电灯的出射光依次透过第一棱镜、第一半反半透分光膜、第二 棱镜、第二半反半透分光膜以及第三棱镜，从第三棱镜的毛玻璃处透射；

第二气体放电灯的出射光透过第二棱镜，经过第一半反半透分光膜的反射 后透过第三棱镜和第二半反半透分光膜，从第三棱镜的毛玻璃处透射；

钨灯的出射光经过成像系统进入第三棱镜，经第二半反半透分光膜反射， 从第三棱镜的毛玻璃处透射；

监视光路采用光纤束，光纤束接收从第三棱镜的毛玻璃处透射的透射光。 监视光路由光纤束引出并与望远镜视场进行拼接，给到探测器进行探测。

光电二极管将感应到的钨灯的亮度发送给控制中心。

钨灯输出宽谱白光，经过带通滤光片后得到仪器光谱响应范围内的复色光 谱用于相对辐射定标。星上定标系统中的钨灯要求尺寸小，且功率稳定以保证 其光谱的稳定。

光谱定标采用两个气体放电灯（第一气体放电灯和第一气体放电灯），可以 交叉验证，内充惰性气体。气体放电灯输出的多条线谱经过窄带滤光片的选择 后，得到一条线谱用于波长漂移定标。光谱定标灯内的气体是根据目标谱线的 波长来确定的，一般选用惰性气体氦、氪、氖、氩的特征线谱，也称线谱灯， 其线谱的半高宽和位置稳定性是关键性指标。

匀光装置采用棱镜和半反半透分光膜将钨灯、第一气体放电灯以及第二气 体放电灯等三个标准灯光路合成一路，用于波长定标的气体放电灯功率和均匀 性要求低一些，通过随机排布光纤形成的光纤束与合光棱镜出射端面的毛玻璃 可以满足均匀性要求，光路中两次经过半反半透分光膜。相对辐射定标的钨灯 光源的均匀性要求高，加入柯勒照明光路，将经过光纤一次均匀的光束再次混 合投射到合光棱镜出射端的毛玻璃上，这样可以满足均匀性要求。

积分球方案：

为标定测风F-P干涉仪，定标系统需要能提供均匀的标准辐亮度光源，积分 球是可用手段之一。积分球是内表面涂上高反射率的漫反射材料（海伦、氧化 镁等），用卤钨灯或离子放电灯照明球体内壁，并在球壁上开窗口作为辐亮度标 准光源。

此方案的优点是光路简单、光源的均匀性好。不足的是灯泡无法与供电、 控制系统进行模块化设计。

基于积分球的星载F-P干涉仪星上定标系统组成如图4所示，积分球上设 置有三个安装孔，钨灯、第一气体放电灯以及第二气体放电灯依次设置在三个 安装孔内；光电二极管将感应到的钨灯的亮度发送给控制中心。

测风F-P干涉仪星上标定零风线位置和通道相对响应要利用均匀的线谱标 准光源和均匀的复色光源，其中相对辐射定标对光源的均匀性要求更高，本方 案中通过积分球的设计和定标光纤束的混光作用保证标准光源的均匀性。