[发明专利]用于大口径平行光束光谱辐照度的测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大口径平行光束光谱辐照度的测量系统及方法，可适用于大口径辐射定标光学系统出射平行光的光谱辐照度的测量，属于航天遥感器辐射定标系统定标技术领域。

背景技术

在遥感器地面定标及在轨定标过程中，辐射定标光学系统为遥感器定标提供辐射基准。由于辐射定标光学系统处于模拟空间环境或真实空间环境中，辐射标准源、光学器件及机械结构性能都会受环境影响而偏离设计值，使得待定标仪器入瞳处辐照基准偏离设计值，最终影响遥感器的定标精度。因此开展空间环境下辐射定标光学系统辐照度的测试具有重要意义，它主要为检验由于辐射源、光学系统、机械系统性能的综合变化引起待定标遥感器入瞳处辐照度的变化，从而可以分析待定标仪器入瞳辐照度的变化规律，提高遥感器定标精度。

目前，辐射定标光学系统光谱辐照度的监测方法有两种：一是直接法；二是间接法。直接法是建立光谱辐照度测量装置对待测辐射源进行辐照度测量。美国NASA建立的初级定标系统和阿诺德空军基地的7V容器的系统辐照度监测都采用直接测量法，通过采用光谱响应特性已知的探测器完成辐照度测量。由于测量对象是平行光束且口径通常很大，测量装置中需要引入聚光装置，对待测平行光进行会聚。因此，在进行辐照度测量前，首先要对引入的聚光装置的光谱参数进行标定。间接测量法是对定标光学系统中各光学元件的光谱参数，如光源的光谱辐亮度、反射镜的光谱反射率进行监测，然后根据辐射度的原理计算出定标光学系统的辐照度。直接测量法和间接法都需要测量多个参量来实现定标系统光谱辐照度测量，过程复杂。本发明针对此提出了一种基于比对测量原理的用于大口径平行光束光谱辐照度的测量系统及方法，测试系统结构简单、试验方便，并具有较高测量精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种用于大口径平行光束光谱辐照度的测量系统及方法，解决大口径平行光束的光谱辐照度测量的问题；并克服了直接法测量过程中需要对引入的辅助光学系统参数进行定标的不足，从而实现一种测量环节简单、方便的光谱辐照度测量方法。

本发明的技术解决方案是：该测量系统包括标准平行光源、光束扫描装置、辅助光学系统、探测系统；其中光束扫描装置由光阑、扫描镜、电控旋转台和电控平移台组成，光阑底板固定在电控平移台之上，电控旋转台固定在光阑底板之上，扫描镜固定在电控旋转台之上；其中辅助光学系统包括抛物镜和折叠镜；探测系统包括积分球、光谱仪和计算机。

其中，标准平行光源采用氙灯，出射平行光口径小于积分球入口直径；光阑由一块硬铝板弯折90°而成，其中一面有一个面积为A的圆孔，用于限制待测光束口径，另一面用于光阑固定；扫描镜为一块圆形平面反射镜，与光阑圆孔所在的面成45°夹角；抛物镜和折叠镜构成辅助光学系统，其中，抛物镜为一块离轴抛物面镜，有效通光面积要大于A，其光轴竖直，折叠镜为一块圆形平面反射镜，其与竖直方向成α夹角，使得其中心光线水平出射；积分球、光谱仪和计算机构成探测系统，其中，光谱仪的光谱范围覆盖了标准平行光源的光谱范围；电控旋转台用于控制扫描镜反射面的朝向；电控平移台用于控制光阑和扫描镜的位置，其行程取决于扫描的路径长度，即待测光束的口径；

一种用于大口径平行光束光谱辐照度的测量系统及方法，包括如下步骤：

步骤1、调整测量系统中组件的位置，构成第一测量光路：

将积分球置于标准平行光源正前方，标准光源发出的小口径平行光束直接入射到积分球内，计算机控制光谱仪探测进入积分球的光谱辐通量为Φ₁(λ)；

步骤2、调整测量系统中组件的位置，构成第二测量光路：

将光阑底板固定在电控平移台之上，电控旋转台固定在光阑底板之上，扫描镜固定在电控旋转台之上，构成光束扫描装置，其中，光阑其中一面有一个面积为A的圆孔；光束扫描装置置于待测平行光正前方，调整光束扫描装置使得待测平行光束的中心光线垂直光阑且穿过光阑中心；标准平行光源置于扫描镜的另一侧，其中心光线也垂直光阑且穿过光阑中心；调整电控旋转台将扫描镜反射面转向标准平行光源，且反射面与光源中心光线成45°夹角，使得标准平行光源发出的平行光束经扫描镜反射到抛物镜和折叠镜构成辅助光学系统；将积分球入口置于辅助光学系统的像点处，辅助光学系统使得标准平行光源光束会聚并全部进入积分球，此时计算机控制光谱仪在积分球出口处探测到的光谱辐照度为E₁(λ)；

步骤3、调整测量系统中组件的位置，构成第三测量光路：