[发明专利]基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统及方法

权利要求书

1.一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，包括液氮制冷低温黑体(3)、可变温标准黑体(4)、直线导轨(5)、直线移动平台(6)、离轴反射镜(7)、平面反射镜(8)、真空窗口(9)、导轨(10)、直线移动平台(11)、第一高精度转台(12)、红外标准辐亮度计(13)、卫星红外载荷(14)、第二高精度转台(15)、积分球光源(16)、冷背景黑体(18)、运动机构控制器(19)以及计算机(20)；

所述直线移动平台(6)用于承载所述液氮制冷低温黑体(3)和所述可变温标准黑体(4)在所述直线导轨(5)上移动；

所述可变温标准黑体(4)发出的标准红外辐射光源经过所述离轴反射镜(7)反射后再经所述平面反射镜(8)反射透过所述真空窗口(9)入射至所述红外标准辐亮度计(13)；

所述红外标准辐亮度计(13)安装在所述第一高精度转台(12)上，所述卫星红外载荷(14)安装在所述第二高精度转台(15)上；所述第一高精度转台(12)和所述第二高精度转台(15)安装在所述直线移动平台(11)上；

所述计算机(20)通过所述运动机构控制器(19)控制所述直线移动平台(11)沿着所述导轨(10)来回移动，进而实现所述卫星红外载荷(14)和所述红外标准辐亮度计(13)对所述积分球光源(16)的依次观测；

所述计算机(20)通过所述运动机构控制器(19)控制所述直线移动平台(11)、所述第一高精度转台(12)以及所述第一高精度转台(15)实现所述卫星红外载荷(14)和所述红外标准辐亮度计(13)对所述冷背景黑体(18)的依次观测。

2.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，还包括真空低温背景舱(1)和常温常压背景舱(2)；

所述液氮制冷低温黑体(3)、所述可变温标准黑体(4)、所述离轴反射镜(7)以及所述平面反射镜(8)均安装在所述常温常压背景舱(2)中；

所述红外标准辐亮度计(13)、所述卫星红外载荷(14)、所述积分球光源(16)以及所述冷背景黑体(18)均安装在真空低温背景舱(1)中。

3.根据权利要求2所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述真空低温背景舱(1)和所述常温常压背景舱(2)的内壁均涂有消光涂层(21)。

4.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述液氮制冷低温黑体(3)采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996；

所述可变温标准黑体(4)温度调节范围300K～500K，控温精度0.05K，发射率高于0.996。

5.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述离轴反射镜(7)和所述平面反射镜(8)表面镀金，所述真空窗口(9)采用ZnSe材料。

6.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述红外标准辐亮度计(13)具有多个探测波段：短波红外范围1.2μm～2.5μm、中波红外3μm～7.5μm、长波红外8μm～14μm。

7.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述积分球光源(16)内表面为漫反射镀金层，表面反射率大于0.98。

8.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述积分球光源(16)的内表面靠近所述积分球开口处安装红外光源(17)；

所述计算机(20)通过调整所述红外光源(17)的点亮数量和电流强度实现红外辐射强度的调节。

9.根据权利要求1所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷定标系统，其特征在于，所述冷背景黑体(18)采用液氮制冷，辐射面温度77K，发射率高于0.996。

10.一种基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标方法，其特征在于，运用权利要求1至9任一项所述的基于标准辐亮度计的卫星红外载荷高精度定标系统执行如下步骤：

步骤1：通过所述红外标准辐亮度计(13)观测所述可变温标准黑体(4)，所述红外标准辐亮度计(13)的响应值S_B1用公式(1)表示：

S_B1＝R[ρ²L_B1+L_M1+L_M2+L_BackB1] 公式(1)

式中，R是所述红外标准辐亮度计(13)的有效响应度，L_B1是所述可变温黑体(4)的辐亮度，ρ是所述离轴反射镜(7)和所述平面反射镜(8)的有效反射率，L_M1是所述离轴反射镜(7)发射的有效辐亮度，L_M2是所述平面反射镜(8)发射的有效辐亮度，L_backB1是被所述可变温黑体(4)反射至所述红外标准辐亮度计(13)的背景辐亮度；

步骤2：通过所述红外标准辐亮度计(13)观测所述液氮制冷低温黑体(3)，所述红外标准辐亮度计(13)的响应值S_B2用公式(2)表示：

S_B2＝R[ρ²L_B2+L_M1+L_M2+L_BackB2] 公式(2)

式中，R是所述红外标准辐亮度计(13)的有效响应度，L_B2是所述液氮制冷低温黑体(3)的辐亮度，ρ是所述离轴反射镜(7)和所述平面反射镜(8)的有效反射率，L_M1是所述离轴反射镜(7)发射的有效辐亮度，L_M2是所述平面反射镜(8)发射的有效辐亮度，L_backB2是被所述液氮制冷低温黑体(3)反射至所述红外标准辐亮度计(13)的背景辐亮度；

步骤3：将公式(1)减去公式(2)得到两者的差值，用公式(3)来表示：

ΔS＝S_B1-S_B2＝R[ρ²(L_B1-L_B2)+(L_BackB1-L_BcakB2)] 公式(3)

其中，L_B2是所述液氮制冷低温黑体(3)的辐亮度，温度为77K～90K，发射的辐亮度忽略不计，公式(3)简化为公式(4)：

ΔS＝R[ρ²L_B1+ΔL_Back] 公式(4)

式中，ΔL_Back为测量所述可变温标准黑体(4)和所述液氮制冷低温黑体(3)时的背景差值；

步骤4：设置所述可变温标准黑体(4)两个温度T1和T0，此时，ΔS(T1)-ΔS(T0)如公式(5)所示：

式中，ΔS(T1)-ΔS(T0)为所述红外标准辐亮度计(13)测量温度分别为T1和T0时所述可变温标准黑体(4)得到的信号差值，L_B1(T1)-L_B1(T0)为Planck公式计算的温度分别为T1和T0时所述可变温标准黑体(4)辐亮度差值，Rρ²为所述红外标准辐亮度计(13)的定标系数，如公式(6)所示：

至此，完成所述红外标准辐亮度计(13)的定标，并获得所述红外标准辐亮度计(13)的定标系数Rρ²；

步骤5：利用已经定标好的所述红外标准辐亮度计(13)对所述积分球光源(16)进行定标，转动所述第一高精度转台(12)，并移动所述直线移动平台(11)，使所述红外标准辐亮度计(13)对准所述积分球光源(16)，测量所述积分球光源(16)的红外辐射，得到所述积分球光源(16)的标准红外辐亮度值；

至此，完成所述积分球光源(16)的定标，并获得所述积分球光源(16)不同档位的红外辐亮度值；

步骤6：利用已经定标好的所述积分球光源(16)对所述卫星红外载荷(14)进行定标，转动所述第二高精度转台(15)，并移动所述直线移动平台(11)，使所述卫星红外载荷(14)对准所述积分球光源(16)，完成所述卫星红外载荷(14)不同辐亮度下的辐射定标；

步骤7：利用所述冷背景黑体(18)对所述卫星红外载荷(14)进行定标，转动所述第二高精度转台(15)，使所述卫星红外载荷(14)对准所述冷背景黑体(18)，完成所述卫星红外载荷(14)冷背景零点的辐射定标；

步骤8：重复步骤6和步骤7，完成所述卫星红外载荷(14)的定标复测，至此，完成所述卫星红外载荷(14)的定标，并获得所述卫星红外载荷(14)的红外辐射定标系数。