[发明专利]大视场偏振光谱仪的偏振精度定标系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地基的半球视场下对天空光进行全偏振多谱段成像探测的偏振光谱仪的偏振精度定标系统。 

背景技术

长期以来，各国许多科学家们都致力于天空光的相关研究，早期主要专注于解释天空光的现象，例如天空的颜色、彩虹等。在1809年Arago发现了天空光的偏振现象以后，天空光的偏振特性研究开始受到一些科学家的重视。大量研究表明，天空光偏振分布信息在航空导航、天气预测、云层分析和对地信息补偿等方面有着十分重要的价值。而能否精确的探测到天空光的偏振分布信息取决于探测系统的偏振定标精度。偏振定标指的是建立成像光谱偏振探测系统每个探测单元的输出信号与该单元对应的实际地物偏振信息之间的定量关系，建立每一个像元的辐射响应度公式和偏振响应度的仪器矩阵，偏振定标的最终目的是为了根据成像偏振探测系统的输出数据能精确得到目标反射光的偏振特性。偏振定标需要定标的是系统的仪器矩阵。 

在偏振定标的过程中，需要一个偏振光源，它能够产生定标过程中所需要的不同的偏振态。目前常用的偏振光源通常是由平行光源、偏振片和波片组成，通过调整偏振片的透偏方向和波片的光轴方向就可以在0°视场范围内产生任意偏振态的偏振光束。在该平行偏振光束后加入保偏扩散器和准直透镜后，可以将偏振光扩束至14°～36°视场范围内。但是由于待定标系统是半球视场偏振光谱仪，它的视场角是180°，所以在定标的过程中要保证偏振光源产生的偏振光束的视场范围覆盖待定标系统的全部视场。可是在现有的条件下，找不到视场覆盖范围能够达到半球视场的光源，因此这种传统的偏振定标方法对于大视场的偏振光谱仪是不可行的。 

综上所述，目前国内外还没有提出一种明确的、高精度的偏振定标系统，对半球视场的偏振光谱仪进行精确的偏振定标。 

发明内容

本发明的目的是：提供一种新型的大视场偏振精度定标系统，该定标系统可以对半球视场成像偏振光谱系统进行全视场偏振定标，定标过程中采用分步线性拟合的原理进行数据处理，大大提高了大视场成像偏振光谱仪的偏振定标精度。 

本发明一种大视场偏振光谱仪的偏振精度定标系统，其技术解决方案：该系统包括下列部件： 

积分球，位于整个定标系统的最前端，用于提供波段为350nm-2500nm范围内均匀稳定的光源； 

平行光管，位于积分球的后面，将积分球发出的光源准直，产生平行面光源； 

光阑，位于平行光管的后面，限制平行面光源的出射孔径，使得平行面光源以一定的孔径入射到后续定标系统； 

干涉滤光片，位于光阑后面，对入射光进行滤光，其中心波长和波段的选择与待定标的偏振系统有关； 

偏振态发生器，位于干涉滤光片后面，由精确线偏振片和精确波片两部分组成，通过旋转线偏振片和波片，能够产生6种标准偏振光源，即0度、45度、90度、135度线偏振光源和左、右旋圆偏振或椭圆偏振光源。其旋转机构的机械精度为1′,产生的标准偏振光源的Stokes参数精度为0.001。入射光经过偏振态发生器后，能够产生标准偏振光源； 

保偏扩散器，位于偏振态发生器之后，通过采用微透镜阵列实现保偏作用，将入射光以一定角度均匀发散出去，并保持出射光与入射光的偏振态，其保偏性能优于99%； 

准直透镜，位于保偏扩散器之后，其焦距和直径的选取与待定标偏振系 统的通光孔径、视场角以及保偏扩散器上的光斑孔径有关； 

电动转台，将待定标的系统放置在转台上，通过电动转台的转动，使偏振光源与待定标系统之间的相对角度发生变化，从而完成在定标过程不同视场的偏振光源的要求。电动转台的转动精度是2′，满足定标系统的要求。 

计算机，通过计算机程序控制，采集定标过程中的图像数据，利用分步线性拟合的原理进行数据处理，得到偏振系统的定标结果。