[发明专利]基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置

摘要

基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置，包括具有天体追踪功能的二维旋转平台系统、望远镜系统、光谱仪和计算机；接收的直射太阳光、月光、星光和散射太阳光经望远镜系统通过光纤传输到光谱仪，光谱仪采集的光谱信息经过AD转化传输到计算机，通过计算机利用相关算法进行反演，获得大气痕量气体的垂直柱浓度和垂直柱分布信息。本发明可以实现对大气常规污染气体的日夜监测，在不需要任何人造光源的条件下，通过旋转平台带动望远镜追踪天体或定向扫描，完成污染气体吸收光谱的测量，与其他光学方法相比，系统结构简单、装卸简单、携带方便、可实现日夜连续测量，获得痕量气体柱浓度和垂直柱分布信息。

主权项

基于自然天体光源的便携式大气污染成分日夜遥测装置，其特征在于包括：具有天体追踪功能的二维旋转平台系统、望远镜系统、光谱仪和计算机，其中：所述具有天体追踪功能的二维旋转平台系统架设在三脚架上，该系统包括电机控制系统、水平转动电机、竖直转动电机、水平仪和指南针；水平仪用于二维旋转平台系统初始位置水平调节，保证天体追踪模式中的追踪精度和散射光测量模式中仰角精度；指南针用于天体追踪模式中望远镜初始指向调节和散射光测量模式中方位角的确定；电机控制系统包括单片机、GPS装置和自动导星装置，所述单片机内存储着太阳、月亮和星体的天体历法，所述GPS装置将测量点经度和纬度输入到单片机中，单片机根据地理信息、当地时间和天体历法计算出天体的位置，将位置转化成电机的控制命令，并将所述控制命令输出到水平转动电机和竖直转动电机，从而控制电机系统带动望远镜追踪天体；所述自动导星装置包括照相机和数字信号处理模块，照相机安装在望远镜系统中的寻星镜后，所追踪天体经过寻星镜成像在照相机上，照相机将图像信号转化成数字信号送至数字信号处理模块，数字信号处理模块判断所追踪天体是否在望远镜视场中心，将反馈信号输出至单片机，单片机根据天体历法控制水平转动电机和竖直转动电机带动望远镜系统追踪天体，并通过自动导星装置中数字处理模块的反馈信号校正追踪误差；望远镜系统架设在二维旋转平台系统上，望远镜系统白天可接收直射太阳光和散射太阳光，夜间可接收星光，实现获取直射太阳光和散射太阳光及月光、星光的目的；所述望远镜系统包括望远镜主镜、望远镜前段装置和寻星镜；望远镜前段装置安装在望远镜主镜前面；所述望远镜系统设置两种不同的前段装置，一个用于接收直射太阳光，另一个用于接收夜间月光、星光和散射太阳光；所述望远镜主镜实现会聚光、滤光和传导光；寻星镜背负在望远镜主镜上，与望远镜主镜共轴，使所追踪天体同时在寻星镜和望远镜主镜中成像，通过判断寻星镜的指向，即可得到望远镜主镜的指向；在天体追踪模式下，从望远镜系统中传导光纤出射的光成像在光谱仪入射狭缝上，经光谱仪处理模数转换后，将光谱信息送入计算机进行后续处理，根据差分吸收光谱算法获得污染气体垂直柱浓度信息；在散射太阳光测量模式下，计算机控制二维旋转平台转到所需的天顶角和方位角，望远镜系统收集散射太阳光，会聚入光谱仪，经光谱仪分光和数模转化后获得光谱信号，将光谱信号送人计算机中由计算机进行后续处理，根据差分吸收光谱算法获得污染气体的垂直柱浓度，并结合最优化算法获得垂直柱分布信息。