[发明专利]基于多级微反射镜的傅里叶变换红外成像光谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及对地遥感探测领域，涉及一种傅里叶变换成像光谱仪系统，具体涉及一种基于集成阶梯微反射镜和片状分束器的新型时空联合调制傅里叶变换红外光谱仪系统。

背景技术

成像光谱仪是光谱仪和成像仪的有机的结合，它可以获得目标物体光谱信息和图像信息，解决了传统的光谱仪有谱无图像和传统的多光谱成像仪中有像无光谱的难题。因此其广泛的应用在空间遥感，军事目标探测，地质资源勘探，环境监测，气象分析等领域。按照工作原理的不同其主要分为色散型和傅里叶变换型两类。色散型成像光谱仪是以棱镜或光栅作为分光元件，在探测器上接受每个光谱元的辐射信息。其发展比较早，在航空航天领域应用比较广泛，但是光谱分辨率受狭缝的控制，因此其在探测红外弱辐射方面比较困难。傅里叶变换成像光谱仪是先获得物体的干涉图然后对干涉图做傅里叶变换获得物体的光谱信息。按照对干涉图的调制方式的不同，傅里叶变换成像光谱仪主要可分为时间调制型、空间调制型和时空联合调制型。时间调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪结构，其采用驱动一个动镜来产生光程差。因此需要一套精密的驱动装置，其实时性比较差。空间调制傅里叶变换成像光谱仪其内部不含有可动部件，其利用空间位置的不同产生光程差，可以实现对迅变物体的光谱测量，其实时性比较好。但传统的空间调制傅里叶变成像光谱仪内部含有与空间分辨率有关的狭缝，限制了进入系统的光通量，并且当前的空间调制傅里叶变换成像光谱仪普遍存在着结构不紧凑，重量比较重的缺点。时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于像面干涉成像原理，其内部不含有狭缝和可动部件，因此具有光通量大结构稳定的优点。

发明内容

本发明为解决现有成像光谱仪内部含有与空间分辨率有关的狭缝，限制了进入系统的光通量，普遍存在着结构不紧凑，重量比较重等缺点的问题，提供一种基于多级阶梯微反射镜的傅里叶变换红外成像光谱仪。

基于多级微反射镜的傅里叶变换红外成像光谱仪，包括前置成像系统、干涉系统、后置成像缩束系统和焦平面探测器，所述干涉系统包括多级阶梯微反射镜片状分束器、补偿板和平面反射镜；目标物体发出的光经前置成像系统和片状分束器后，形成两束光，一束光经片状分束器反射至平面反射镜上成像为第一像点，另一束光经片状分束器透射后经补偿板在多级阶梯微反射镜的某个阶梯反射面上成像为第二像点；所述第一像点的光经片状分束器透射至后置成像缩束系统成像，第二像点的光经补偿板至片状分束器反射后，在后置成像缩束系统成像，所述后置成像缩束系统的像由焦平面探测器接收。

所述设定多级阶梯微反射镜的阶梯高度为d，在第n个阶梯反射面所对应的视场角范围内，目标物体在第n个阶梯微反射面所成的像与目标物体在第n个阶梯反射面的镜像位置所成的虚像之间的光程差，用公式一表示为：

公式一、δ＝2nd；

设定多级阶梯微反射镜的反射面宽度为a，红外成像光谱仪的飞行高度为H，前置成像系统（1）的焦距为f'，则相邻像点间的距离为a，获得相邻目标物体点间的距离用公式二表示为：

公式二、Δh＝Ha/f'；

设定多级阶梯微反射镜（7）的对角线长度为h，前置成像系统（1）的视场角为：2w=2arctan(h2f′).]]>

本发明的工作原理：本发明所述的红外成像光谱仪作为一个二次成像系统，该成像光谱仪的光程差由多级微反射镜的阶梯高度所决定。某一时刻地面目标物体发出的光经前置成像系统和分束器之后分别成像在多级微反射镜和平面镜上，由于阶梯高度的存在，使得成像在多级微反射镜和平面镜上的两个一次像点产生一个固定的位相差。两个一次像点作为两个相干的物源经后置成像缩束系统成像后即可获得地面目标物体的图像信息和干涉光强信息。随着系统对地面进行推扫,地面目标物体在下一时刻就会以另外一个视场角进入系统，从而成像在相邻的阶梯反射面上。在一个窗扫模式之内，地面目标物体就能完成在所有的阶梯反射面上的成像。通过对多帧图像进行剪切和拼接，即可获得地面目标物体的图像信息和干涉图信息，对干涉图进行傅里叶变换，就可以获得地面目标物体的光谱信息。