[发明专利]多波段星光成像光度计及其探测方法

说明书

本发明提供一种多波段星光成像光度计及其探测方法，光学成像探测系统安装在二维跟踪转台上；气象和GPS模块置于开阔位置，光学成像探测系统、二维跟踪转台、气象和GPS模块分别通过电源和数据线与控制与数据采集模块相连，控制与数据采集模块与计算机相连。计算机通过控制与数据采集模块获取气象和GPS模块采集到的经纬度、气象参数和时间信息，并根据所选目标星，计算目标星的赤经角和赤纬角，并传递给二维跟踪转台，使光学成像探测系统对准目标星，并采集目标星及其周围天空图像，同时记录存储在计算机内。本发明可实时且有效扣除背景杂光影响，提高观测数据质量，实现夜间气溶胶的观测，可在没有定标的情况先实现高精度测量。

技术领域

本发明属于气溶胶探测技术领域，具体涉及一种多波段星光成像光度计及其探测方法。

背景技术

近年来，随着全球变化研究的不断深入，气溶胶气候效应越来越受到人们的重视。气溶胶和天气、气候通过直接辐射和间接辐射两方面来影响全球能量辐射平衡，这是一个复杂的相互作用和反馈机理。另外由细颗粒物引起的雾霾天气是中国北方城市主要污染类型，并严重影响着人类健康。受限于资料缺乏，气溶胶气候影响、环境效应评估分析基本上来自于白天的卫星和地基观测资料。

目前，夜间探测由于信号较弱，几乎所有的基于可见近红外波段的光学探测的卫星传感器如MODIS、MISR、PARASOL、SCIAMACHY等，地面观测设备如CIMEL，POM，MICROTOP等都只能通过跟踪太阳，通过测量太阳光谱提供白天的气溶胶光学参数，夜间无法实现测量。CIMEL的升级版本可针对月亮提供部分(月亮必须半圆以上)测量。但由于月亮与地球、太阳相对关系变化，再加上月亮的章动，Cimel的对月观测无法提供可靠的夜间数据。模式研究表明，夜间气溶胶数据的应用，即便精度不高，也可以帮助我们了解其在昼夜大气循环中的作用，大大丰富我们对于气溶胶在天气、气候和环境效应的认识。

因此，如何实现气溶胶的昼夜不间断观测，并提供夜间气溶胶的直接观测数据，从未填补夜间气溶胶数据缺乏的空白成为天气、气候和环境研究领域的迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有气溶胶探测技术只能在白天工作，无法提供夜间大气气溶胶和其他成份参数的局限性，本发明提供了基于星光信号测量的多波段星光成像光度计探测系统。

本发明还提供一种夜间星光信号处理系统，通过星光及其周围夜空的成像，实现星光信号和暗背景扣除，从而实现目标星的多个波段的星光信号测量，进一步提取夜空大气气溶胶参数、水汽含量和其他大气成份含量。

具体的技术方案为：

多波段星光成像光度计，包括光学成像探测系统、二维跟踪转台、气象和GPS模块、控制与数据采集模块、计算机；

所述的光学成像探测系统安装在二维跟踪转台上；气象和GPS模块置于开阔位置，光学成像探测系统、二维跟踪转台、气象和GPS模块分别通过电源和数据线与控制与数据采集模块相连，控制与数据采集模块与计算机相连。

计算机通过控制与数据采集模块获取气象和GPS模块采集到的经纬度、气象参数(温度、气压、湿度和是否下雨)和时间信息，并根据所选目标星，计算目标星的赤经角和赤纬角，并传递给二维跟踪转台，使光学成像探测系统对准目标星，并采集目标星及其周围天空图像，同时记录存储在计算机内。

其中，光学成像探测系统包括光学望远镜、滤光轮、CCD成像探测器、遮光筒、抱箍、支撑平台；所述的光学望远镜、滤光轮和CCD成像探测器依次相连；计算机通过控制与数据采集模块发出指令给滤光轮，使滤光轮旋转到相应波长的滤光片，滤光片到达位置后，计算机发出指令，CCD成像探测器采集目标星及其周围天空图像，并将图像数据下传给计算机处理。

进一步的，光学望远镜包括窗口片、胶合透镜、光阑、视场校正片；窗口片用于封装光学望远镜，阻挡灰尘，利于维护。胶合透镜将一定视场的光引入光学望远镜内，经光阑限制视场，然后通过视场校正片到达滤光轮和CCD成像探测器。