[发明专利]一种轻小型机载大视场面阵摆扫热红外成像系统

说明书

本发明公开了一种轻小型机载大视场面阵摆扫热红外成像系统，包括摆镜组件，光学组件，探测器组件，黑体组件，电子学组件和框架结构。所述热红外成像系统采用折转式光学设计，系统布局为U型。所述摆镜组件位于光学系统最前端，通过双面摆镜的侧摆扫实现大视场成像和机上绝对辐射定标。所述黑体组件位于摆镜正上方，采用高发射率面源黑体，黑体面与光学入瞳重合，半导体制冷器加热和制冷复合控温,可在较短时间周期内达到高低控温点。本发明可以满足轻小型化、定量化、高灵敏度、高分辨率机载热红外成像遥感需求。

技术领域

本发明涉及航空遥感红外成像领域，具体涉及一种轻小型机载大视场面阵摆扫热红外成像系统。

背景技术

航空热红外成像系统在核电站温排水监测、城市热岛效应监测与预防、海洋搜救、环境污染监测、军事目标探测领域有着广泛应用，实用型机载热红外成像系统要求幅宽大、灵敏度高。在无人机应用领域，平台载重和续航能力有限，还要求仪器体积紧凑、重量轻。受红外探测器规模限制，长波红外相机单帧成像视场通常较小，一般通过光机扫描来实现大视场成像。常见的光机扫描方式分为三种：单元扫描式、多元并扫式以及面阵分幅式。采用面阵探测器的面阵分幅扫描方式具有多通道的优势，单次成像的像元数多，能够获得较长的像元驻留时间，比较有利于实现更高的系统灵敏度和空间分辨率。

已有公开文献报道面阵摆扫技术在机载大幅宽高分辨率红外成像仪中的应用，主要是利用连续运动的多帧图像配准后叠加来提高灵敏度(详见：《轻小型面阵摆扫热红外成像系统研究》.激光与红外，2015，45(10)；《面阵摆扫宽幅成像技术研究》.上海：中国科学院上海技术物理研究所，2015)。但是在这些文献中，未考虑红外相机的实时绝对辐射定标和系统的轻小型设计。

本发明通过控制红外光学系统的入瞳位置和U型系统布局，实现了一种结构紧凑、重量轻、能够实时内定标等优点的大视场长波红外成像系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种置高低温黑体于光学系统入曈位置的、U型紧凑结构布局的机载大视场面阵摆扫热红外成像系统，满足遥感应用领域对机载热红外成像系统轻小型化和定量化的需求。

本发明所采用的技术方案是：

一种轻小型机载大视场面阵摆扫热红外成像系统，包括摆镜组件，光学组件，探测器组件，黑体组件，电子学组件和框架结构。光学系统为折转式设计，结构呈U型紧凑布局。所述摆镜组件位于光学系统最前端，所述黑体组件位于其正上方，且黑体面与光学入瞳重合，由摆镜转动实现系统成像和机上定标。成像时，外部辐射经由所述摆镜组件和光学组件会聚于探测器组件，定标时，摆镜转动朝上与黑体面呈45°，使黑体充满视场。每个扫描周期内，分别通过摆镜的两个反射面进行连续多次对地成像和一次黑体数据采集，不同扫描周期可获取不同温度的黑体数据来对图像进行绝对辐射定标。电子学组件侧放于探测器组件左侧，框架结构用于固定以上各组件。

所述摆镜组件包括摆镜、步进电机、轴系结构、光栅编码器。所述摆镜为双面反射镜，材料为铝，采用一体化构型设计。

所述光学组件包括透镜组1、反射镜、透镜组2，为折转式构型。所述反射镜为铝镜，采用一体化构型设计，第3片透镜为球面镜，材料为硫化锌，其余透镜面均为高次非球面，材料为锗。

所述探测器组件采用长波红外面阵探测器，由机械制冷机制冷。

所述黑体组件包括面源黑体、半导体制冷器、黑体隔热支撑、散热翅片、风扇、测温电阻、黑体支撑座。所述面源黑体发射率大于98％，由表面微结构和均匀喷涂工艺实现。所述半导体制冷器外轮廓与所述面源黑体相同，上下表面薄涂导热硅脂分别与所述面源黑体的背面和所述散热翅片的背面紧贴，实现加热和制冷复合控温。所述黑体隔热支撑由低热导率材料加工而成，内侧面粘贴高反射率铝箔，与所述面源黑体外侧面粘贴的铝箔之间形成薄空气层。所述风扇固定于所述散热翅片中心，纯铜翅片沿径向均布在所述风扇周围。所述测温电阻为铂电阻。