[实用新型]水上光谱仪观测方向自动调整装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及海洋测量仪器，特别是涉及自动调整水上光谱仪观测方向的装置。

背景技术

水上光谱仪是测量水体表观光学参数的重要仪器设备，其测量的离水辐亮度是海洋水色遥感的基础物理量，是水体色素成分的光学表现。现场精确获取离水辐亮度将有利于生物光学算法、大气校正算法的开发，以及对星载遥感器的辐射校正及其数据的真实性检验。

水上光谱仪测量时必须采用合理的观测几何，观测方向与太阳入射方向呈一定夹角，一般要呈100°夹角，才会尽可能避免测量过程中太阳耀斑、白帽等随机污染对测量结果的影响，否则将严重影响测量的准确性。目前国内外水上光谱仪的观测几何的确定均为人工现场判断，其角度确定不精确，特别是不能自动调整，无法满足自动测量的要求。因此，迫切需要水上光谱仪观测角自动调整功能的装置，满足水上光谱仪现场自动准确测量的要求。

实用新型内容

根据现有水上光谱仪尚不具备观测方向自动调整功能，本实用新型推出一种水上光谱仪观测方向自动调整装置，其目的是由单片机根据太阳入射方向所确定的水上光谱仪观测方向控制转动台,带动安装在转动台上方的水上光谱仪自动调整观测方向，保持水上光谱仪与太阳入射方向呈一定夹角的理想观测几何，提高水体表观光学参数测量的准确性。

本实用新型涉及的水上光谱仪观测方向自动调整装置，包括底座和转动台，转动台位于底座上方，底座安装有旋转轴承，底座通过旋转轴承带动转动台转动。

底座为立方体结构，底座上侧中央设置支撑转轴，支撑转轴安装在转动台下侧的轴承套内。底座壳体内设置控制电路和附属装置，附属装置包括中央处理器、电机驱动器、旋转编码器、导电滑环、转动涡轮、伺服电机、涡杆。

中央处理器为单片计算机，与电机驱动器和旋转编码器分别连接。电机驱动器通过控制电路与伺服电机相连。中央处理器向电机驱动器下达转动指令，电机驱动器驱动伺服电机转动。伺服电机的传动轴连接涡杆，涡杆与转动涡轮啮合，伺服电机通过涡杆、转动涡轮、旋转轴承和支撑转轴驱动底座上方的转动台旋转。

旋转编码器的转动轴与旋转轴承上的齿轮啮合，旋转轴承旋转的同时带动旋转编码器的转动轴旋转。旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向），并将这些参数传送给中央处理器，由中央处理器计算获得转台转动角度。

转动台为圆柱体结构，转动台中央设置旋转轴承，底座支撑转轴插入旋转轴承内，通过旋转轴承传动实现转动台转动。转动台顶部安装有控制信号接口。转动台的上方安装水上光谱仪，通过控制信号接口的外部连接接口与水上光谱仪实现电气连接。

导电滑环是底座和转动台之间的电路连接件，包括固定端和转动端两个部分。固定端安装在底座内部，转动端安装在转动台内部，固定端和转动端通过滑动触点实现电路联通。导电滑环用于消除控制线路和转台之间的转动干扰。

底座壳体侧面装有控制接口，外部连接控制电缆，内部连接导电滑环的固定端。

转动台顶部安装有控制信号接口，控制信号接口内部连接导电滑环的转动端，外部连接水上光谱仪。

底座壳体侧面装有电源接口，接口外部用于连接电源线，内部通过电路与伺服电机、中央处理器、旋转编码器、电机驱动器等连接，为所有电路提供电源。

转动台在伺服电机的驱动下旋转，转动台上方的水上光谱仪随转动台的旋转而转动。中央处理器控制电机驱动器，进而调整水上光谱仪观测方向。

水上光谱仪的观测方向在太阳入射方向对称的两侧，与太阳入射方向的相对夹角为100°。水上光谱仪的观测方向有两个，可以由太阳入射方位角来确定。太阳入射方位角由测量地点的地理位置和测量时间计算，中央处理器根据输入的测量地点的地理位置和测量时间所计算的太阳入射方位角，控制电机驱动器，自动的调整水上光谱仪观测方向。

水上光谱仪观测方向自动调整装置的观测方向调整方法包括：计算太阳入射方位角φ_S、确定仪器观测方位角、调整仪器观测方向。

1、计算太阳入射方位角φ_S

太阳入射方位角由测量点的地理位置和测量时间计算。

太阳入射方位角φ_s由下述两公式表示：

φ_s=A（当地时间12:00以后），            （1）

φ_s=360°-A（当地时间12:00以前）         （2）

φ_s以地理正南为0°，顺时针旋转，仪器观测方向与正南方向夹角的范围从0°至360°。