[发明专利]地球静止轨道高分辨率干涉光谱成像系统

说明书

技术领域

本发明属于空间遥感技术领域，特别涉及一种基于地球静止轨道的干涉光谱成像技术。

背景技术

光谱成像技术能够获取目标的光谱信息和空间信息，在军事、民用方面有着广阔的应用前景。在军事方面，可进行红外光谱侦查，发现军事目标，并根据武器系统的光谱信息来判断目标的属性。民用方面，光谱成像技术广泛应用于大气观测、环境监测、星际探测等领域。近年来，基于太阳同步轨道卫星、飞机和地面各类平台的光谱成像技术迅猛发展，形成了包括临边、太阳掩星等不同层面的立体探测。但这些观测模式需要依靠扫描镜和二维指向镜的精密运动获得凝视成像条件，对控件精度要求高，获得高时间分辨率信息存在困难。

地球静止轨道光学遥感器能够获得高时间分辨率信息，但由于轨道高度高，地物反射和发射的能量经过大气的散射和吸收后辐射能量小，因此依靠现有技术在地球静止轨道进行光谱成像的信噪比低，反演精度低，难以满足高分辨率光谱成像的要求。

光谱成像技术一般包括色散型光谱成像技术和干涉光谱成像技术。其中色散型光谱成像技术，是目前较为成熟的光谱成像方法。光栅等分色器件将复色光色散分成序列谱线，利用探测器测量每一谱线元的强度，获得光谱信息和空间信息，该技术成熟度高、在采用面阵探测器的情况下可以获得较高的空间分辨率。专利申请号CN201110028648“一种折反混合多光谱成像系统”公开了一种光谱成像系统，但该光谱成像技术的光谱通道数目受探测器线阵象元数、分色器件和谱段能量的限制，实现超高分辨率光谱成像存在困难。

干涉光谱成像是目前光谱成像领域的研究热点。它通过测量干涉图和对干涉图进行反演来获得物体的光谱信息，具有较高的能量利用率和探测灵敏度，稳定性好等优点。ABB公司公开了CN200880117008“FTIR光谱仪以及FTIR光谱仪的操作方法”，利用时间调制干涉技术进行光谱探测，但不具备光谱成像功能。专利申请号CN200510096120“高稳定度高光谱分辨率干涉成像光谱仪成像方法及光谱仪”公开了一种基于高速转镜的干涉成像光谱仪，但该技术受到入射干涉仪视场角的限制，进一步提高成像范围存在困难。专利申请号CN200710017825“高通量、高探测灵敏度微型偏振干涉成像光谱仪”公开了一种利用空间调制干涉进行光谱探测的方法，但该方法由于光程差的限制，较难获得高光谱分辨率信息。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高时间分辨率，高光谱分辨率、覆盖范围宽的地球静止轨道高分辨率光谱成像系统。

本发明的技术解决方案是：地球静止轨道高分辨率干涉光谱成像系统，包括二维指向步进凝视扫描系统、前置光学系统、干涉系统、后光学系统、汇聚成像系统、面阵探测器系统和反演处理系统；二维指向步进扫描系统进行步进扫描，以凝视方式接受经地物反射或发射的辐射能量；前置光学系统接收经二维指向步进扫描系统反射后的能量，并将光束口径压缩后出射至干涉系统；干涉系统将光束分为透射光束和反射光束，透射光束和反射光束产生不同的光程差干涉后进入到后光学系统；后光学系统再一次将光束口径压缩，分为中波红外与长波红外两个谱段后分别进入汇聚成像系统；汇聚成像系统将中波红外与长波红外两个谱段光波汇聚在面阵探测器系统的焦面上；面阵探测器系统接收干涉图像，获得空间信息和辐射信息；反演处理系统将面阵探测器系统的空间信息和辐射信息反演为光谱信息，在静止轨道上实现光谱成像。

所述二维指向步进扫描系统包括平面反射镜和驱动电机，驱动电机带动平面反射镜绕中心轴旋转，实现地球静止轨道步进凝视扫描；所述二维指向步进扫描系统以0.8°为单位在±12°范围内步进扫描，工作温度范围250K-290K。

所述驱动电机为永磁同步力矩电机，以直接驱动方式完成平面反射镜的驱动。

所述前置光学系统包括第一抛物反射镜和第二抛物反射镜；第一抛物反射镜、第二抛物反射镜离轴设置，焦点重合，第一抛物反射镜的焦距大于第二抛物反射镜的焦距；所述前置光学系统视场角为±0.4°，前置光学系统压缩比小于3.125倍。

所述干涉系统包括分束补偿镜、第一反射镜、第二反射镜和折转镜；分束补偿镜45°放置，第一反射镜与第二反射镜分别设置在分束补偿镜的两侧，且到分束补偿镜的距离相等；分束补偿镜将光束分为透射光束和反射光束，透射光束由第一反射镜反射，反射光束由第二反射镜反射，反射后的两束光经分束补偿镜干涉后入射至折转镜上。

所述干涉系统采用基于立体角镜动镜扫描干涉系统。

所述分束补偿镜为ZnSe材料。