[发明专利]基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置

权利要求书

1.基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置，其特征在于包括：具有天体追踪功能的二维旋转平台系统、望远镜系统、光谱仪和计算机，其中：

所述具有天体追踪功能的二维旋转平台系统架设在三脚架上，该系统包括电机控制系统、水平转动电机、竖直转动电机、水平仪和指南针；水平仪用于二维旋转平台系统初始位置水平调节，保证天体追踪模式中的追踪精度和散射光测量模式中仰角精度；指南针用于天体追踪模式中望远镜初始指向调节和散射光测量模式中方位角的确定；电机控制系统包括单片机、GPS装置和自动导星装置，所述单片机内存储着太阳、月亮和星体的天体历法，所述GPS装置将测量点经度和纬度输入到单片机中，单片机根据地理信息、当地时间和天体历法计算出天体的位置，将位置转化成电机的控制命令，并将所述控制命令输出到水平转动电机和竖直转动电机，从而控制电机系统带动望远镜追踪天体；所述自动导星装置包括照相机和数字信号处理模块，照相机安装在望远镜系统中的寻星镜后，所追踪天体经过寻星镜成像在照相机上，照相机将图像信号转化成数字信号送至数字信号处理模块，数字信号处理模块判断所追踪天体是否在望远镜视场中心，将反馈信号输出至单片机，单片机根据天体历法控制水平转动电机和竖直转动电机带动望远镜系统追踪天体，并通过自动导星装置中数字处理模块的反馈信号校正追踪误差；

望远镜系统架设在二维旋转平台系统上，望远镜系统白天可接收直射太阳光和散射太阳光，夜间可接收星光，实现获取直射太阳光和散射太阳光及月光、星光的目的；所述望远镜系统包括望远镜主镜、望远镜前段装置和寻星镜；望远镜前段装置安装在望远镜主镜前面；所述望远镜系统设置两种不同的前段装置，一个用于接收直射太阳光，另一个用于接收夜间月光、星光和散射太阳光；所述望远镜主镜实现会聚光、滤光和传导光；寻星镜背负在望远镜主镜上，与望远镜主镜共轴，使所追踪天体同时在寻星镜和望远镜主镜中成像，通过判断寻星镜的指向，即可得到望远镜主镜的指向；

在天体追踪模式下，从望远镜系统中传导光纤出射的光成像在光谱仪入射狭缝上，经光谱仪处理模数转换后，将光谱信息送入计算机进行后续处理，根据差分吸收光谱算法获得污染气体垂直柱浓度信息；在散射太阳光测量模式下，计算机控制二维旋转平台转到所需的天顶角和方位角，望远镜系统收集散射太阳光，会聚入光谱仪，经光谱仪分光和数模转化后获得光谱信号，将光谱信号送人计算机中由计算机进行后续处理，根据差分吸收光谱算法获得污染气体的垂直柱浓度，并结合最优化算法获得垂直柱分布信息。

2.根据权利要求1所述的基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置，其特征在于：所述用于接收直射太阳光的望远镜前段装置由石英窗口、经过表面黑色处理的具有限制视场角功能的铝制长筒和减弱太阳光强的透射漫射体组成；铝制长筒长度可根据要得到的视场角和孔径来确定，在40cm-80cm之间；铝制长筒前段嵌入与其口径相当的石英玻璃片，此石英玻璃片称作石英窗口；铝制长筒后端嵌入与其口径相当的透射漫射体；所述限制视场角为3°以内。

3.根据权利要求1所述的基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置，其特征在于：所述用于接收夜间月光、星光和散射太阳光的望远镜前段装置由石英窗口、孔径大于6cm且表面黑色处理的具有限制视场角功能的铝制长筒组成；铝制长筒长度40-80cm之间；在铝制长筒前段嵌入与其口径相当的石英玻璃片，此石英玻璃片防止灰尘或水进入其后面的光学部件，起保护作用，称作石英窗口。

4.根据权利要求1所述的基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置，其特征在于：所述光谱仪置于恒温盒内，所述的恒温盒由半导体冷热电材料的制冷或加热实现盒内温度恒定。