[发明专利]天空背景光亮度测量装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种天空背景光亮度测量装置。本发明主要用于获取天空背景光积分亮度和光谱亮度信息，获取特定空间区域的光学环境特性，为光学成像、光信息空间传输等领域提供背景光学辐射特性参数。

背景技术

光学成像和光信息空间传输等领域的光学有效信息的提取都是在一定的天空背景光环境中进行的。天空背景光主要来源于太阳的直接照射、太阳光的多次散射和地球表面的反射及其散射光，不同地区、不同地理环境以及不同天气状况都会导致天光光谱亮度的不同。目前，主要采用理论计算的方式来获得所需地区的天空背景光的统计特性，由于计算条件采用了大量的理论模型，无法有效模拟复杂多样的气候条件和地理环境，忽略了地区性差异，无法真实反映特定区域的天空背景光特性。但是，当前还没有天空背景光亮度的专业测量装置，无法真实获取特定区域的天空背景光学特性，需要建立专门的测量装置为光学成像和光信息传输等领域提供天空背景光学辐射特性参数。

中国期刊《光学学报》2008年10月期刊登了一篇名为《一种半球形天空亮度测量仪器的研制》的文章，文章中介绍的半球形天空亮度测量仪器只限于测量某一或多个方向的天空亮度，不能实现全半空间的连续光谱测量。

中国专利文献数据库（专利号：CN101832816A）公开了一种名称为《空间激光通信中天空背景光测量装置》的发明专利申请技术。该装置只能实现多个波长或波段的亮度测量，不能实现全半空间的连续光谱测量。该装置不能实现自动调平，不能实现指向位置的自动控制。

发明内容

为了获取待测地区的天空背景光学辐射特性, 本发明提供一种天空背景光亮度测量装置。采用本发明的装置能够快速准确的测量天空背景光亮度的强度特性、光谱特性和空间分布特性。

本发明的天空背景光亮度测量装置，其特点是，所述的测量装置含有指向扫描镜、分光元件组、色散光栅、线阵CCD、单元传感元件、成像面阵CCD、二维指向转台、寻北仪、GPS、计算机、支撑平台、俯仰电机。其中，二维指向转台包括方位电机、方位旋转平台、俯仰电机、俯仰旋转轴；分光元件组包括第一分光镜、第二分光镜和反射镜；其连接关系是，所述的方位旋转平台垂直设置在方位电机的旋转轴台面上，俯仰旋转轴设置在俯仰电机的中心轴线上。指向扫描镜设置在二维指向转台的俯仰电机上，由俯仰电机带动做俯仰旋转轴扫描，第一分光镜放置在方位旋转平台上，位于俯仰旋转轴轴线的延长线上，第一分光镜的法线与俯仰旋转轴的轴线夹角为45°，在第一分光镜的透射方向上依次设置有色散光栅和线阵CCD，第二分光镜与第一分光镜平行设置，在第二分光镜的反射方向上依次设置有功率测量聚焦镜和单元传感元件。反射镜与第二分光镜平行设置，在反射镜的反射方向上依次设置有成像镜头和成像面阵CCD。在俯仰旋转轴轴线上与第一分光镜的相反方向上设置有寻北仪。导电环同轴设置在方位电机的转子上；方位电机、信息交换器、计算机和GPS设置在支撑平台的台面上。支撑平台设置在二维指向转台基座的底部。支撑平台下方设置有自调平支腿。计算机与线阵CCD、成像面阵CCD、寻北仪、俯仰电机、方位电机、信息交换器采用数据线连接。

所述的指向扫描镜采用单面指向扫描镜。

本发明的测量装置采用二维指向转台调节测量方向，采用色散光栅和线阵CCD构成的光谱测量元件、功率测量聚焦镜和单元传感元件构成的功率测量元件可实现天空背景光的积分亮度测量和光谱亮度测量。

本发明的测量装置采用二维指向转台调节测量方向，采用色散光栅和线阵CCD构成的光谱测量元件、功率测量聚焦镜和单元传感元件构成的功率测量元件、成像镜头和成像面阵CCD构成的成像单元可实现天空背景光的积分亮度测量、天空背景光的积分亮度的光谱亮度测量和被测环境成像记录的同步进行。

本发明的测量装置采用寻北仪可实现全天候的方位旋转轴零点的测定。

本发明的测量装置采用自调平支腿实现支撑平台的自动水平调节。

计算机实现对测量装置线阵CCD、成像面阵CCD、寻北仪、俯仰电机、方位电机的控制以及数据的采集、处理和存储，并通过信息交换器实现与外部通信功能。所有记录数据包括待测点地理位置、探测时间、指向角度、探测太阳角、天空背景光积分亮度、天空背景光光谱亮度和测量环境图像。