[发明专利]一种短波红外CH4遥测成像装置

权利要求书

1.一种短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，包括高精度二维扫描转台(16)、置于高精度二维扫描转台(16)上的双通道测量单元、高灵敏度CMOS紫外感光元件(9)、可见视频元件(13)、电脑控制系统；所述电脑控制系统驱动控制高精度二维扫描转台(16)对目标观测区域进行高精度扫描；所述双通道测量单元接收目标区域的散射太阳光后分别进入到高灵敏度CMOS紫外感光元件(9)和可见视频元件(13)中，所述高灵敏度CMOS紫外感光元件(9)和可见视频元件(13)将信息进行模数转换后送入计算机中进行处理并利用最小二乘法解析出CH4的浓度信息，所述双通道测量单元内安装GPS定位系统，GPS定位系统通过USB数据线与计算机通讯。

2.根据权利要求1所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，所述双通道测量单元采用同轴设计，用于同步获得目标区域可见图像和CH4浓度分布信息，并进行图形融合。

3.根据权利要求1所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，所述的双通道测量单元包括紫外探测通道(15)和可见光探测通道(14)，所述紫外探测通道(15)沿光通过路径上依次设置有滤波片(5)、第二聚焦透镜(6)、第二准直透镜(7)、法布里珀罗干涉仪(8)、高灵敏度CMOS紫外感光元件(9)；所述可见光探测通道(14)沿光通过路径上依次设置有第三聚焦透镜(11)、第三准直透镜(12)、可见视频元件(13)。

4.根据权利要求3所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，所述可见视频元件(13)接收光的具体路径为：望远镜接收的太阳光经前置滤波器(1)滤波后进入第一聚焦透镜(2)、第一准直透镜(3)入射至分光镜(4)，分光镜(4)将部分经过滤波后的太阳光反射至离轴抛物面反射镜(10)，离轴抛物面反射镜(10)反射至可见光探测通道(14)，经第三聚焦透镜(11)、第三准直透镜(12)后被可见视频元件(13)接收；

所述高灵敏度CMOS紫外感光元件(9)接收光的具体路径为：分光镜(4)将其余经过滤波后的太阳光透射至紫外探测通道(15)，先后经过经滤波片(5)、第二聚焦透镜(6)、第二准直透镜(7)、法布里珀罗干涉仪(8)，经法布里珀罗干涉仪(8)优化选择使存在CH4吸收波段的太阳光通过法布里珀罗干涉仪(8)后反射至高灵敏CMOS紫外感光元件(9)。

5.根据权利要求4所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，所述前置滤波器(1)、第一聚焦透镜(2)、第一准直透镜(3)、滤波片(5)、第二聚焦透镜(6)、第二准直透镜(7)、第三聚焦透镜(11)、第三准直透镜(12)均采用石英材料。

6.根据权利要求5所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，所述前置滤波器(1)、滤波片(5)均为1550-1650nm短波红外波段的滤光片。

7.根据权利要求4所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，所述望远镜内设置有高精度太阳跟踪装置、红外聚焦透镜、红外光学衰减片；红外聚焦透镜镜片为1500nm-1700nm短波红外波段的镜片。

8.根据权利要求4所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，所述布里珀罗干涉仪(8)优化选择具体为：法布里-珀罗干涉条纹与CH4吸收截面的匹配采用最小二乘的方法拟合，获得拟合系数，将拟合系数与不同已知浓度值进行相关性分析，获得CH4浓度与系数的关系。

9.根据权利要求8所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，其中在最小二乘拟合计算中，将法布里珀罗干涉腔获得的紫外通道的干涉环与CH4吸收光谱进行最优化匹配，获得经过法布里珀罗光路光谱与另一路光谱的拟合系数；

计算公式如下，

其中I(λ)为经过法布里珀罗光谱的光谱，I₀(λ)为直接接收的另一路光谱，σ_j(λ)为各种气体分子的吸收截面，c_j(λ)为包含了浓度信息的吸收系数，P(λ)为各种误差多项式，L为法布里珀罗腔体的长度。

10.根据权利要求1所述的短波红外CH4遥测成像装置，其特征在于，所述高精度二维扫描转台(16)扫描的仰角范围为0-90°，方位角-180°-180°，扫描精度为0.05°。