[发明专利]一种昼气辉温度光度计及其探测气辉光谱强度和温度的方法

权利要求书

1.一种昼气辉温度光度计，其特征是：包括依次设置的四个部分：导光系统、望远系统、分光系统和成像系统，其中，导光系统由指向镜1和精密旋转平台2组成，指向镜1被固定在精密旋转平台2上；望远系统依次由光学窗口3、望远镜头4和可调节机械狭缝5组成；分光系统依次由平面反射镜A6、凹面反射镜A7、窄带干涉滤光片8、微角度步进电机9和阶梯光栅10构成，其中平面反射镜A6与竖直方向呈45°角放置，且平面反射镜A6与凹面反射镜A7相对放置，同时阶梯光栅10与凹面反射镜A7也相对放置；窄带干涉滤光片8与微角度步进电机9组成滤光单元固定在凹面反射镜A7与阶梯光栅10之间；成像系统由凹面反射镜B11、平面反射镜B12和面阵CCD探测器13组成，凹面反射镜B11与阶梯光栅10相对放置，凹面反射镜B11和平面反射镜B12也相对放置，平面反射镜B12与面阵CCD探测器13相对且等高放置。

2.根据权利要求1所述的昼气辉温度光度计，其特征是：还设置有外壳14，上述四个部分件被固定在外壳14中。

3.根据权利要求1所述昼气辉温度光度计，其特征是：从所述可调节机械狭缝5到凹面反射镜A7反射点的距离与从阶梯光栅10中心点到凹面反射镜A7反射点的距离相等，均为凹面反射镜A7的焦距；从凹面反射镜B11反射点到阶梯光栅10中心点的距离与从凹面反射镜B11反射点到面阵CCD探测器13的距离相等，均为凹面反射镜B11的焦距。

4.根据权利要求1或3所述昼气辉温度光度计，其特征是：所述阶梯光栅10的入射角为60°～70°。

5.根据权利要求1所述昼气辉温度光度计，其特征是：所述窄带干涉滤光片8安装微角度步进电机9输出轴上；窄带干涉滤光片8半高宽在0.2～0.8nm之间，有效通光孔径为48mm，最大微旋转角度为15°。

6.利用权利要求1所述昼气辉温度光度计探测气辉光谱强度和温度的方法，该方法包括以下步骤：   

1）太阳方向的拍摄：

(a) 控制精密旋转平台2将指向镜1转动至太阳方向，调整窄带干涉滤光片8入射面法线与光轴平行，对面阵CCD探测器13选取曝光时间，进行一次拍摄，获取第一幅光谱图像；

(b) 指向镜1位置不变，通过微角度步进电机9将窄带干涉滤光片8的法线转动至与光轴成5°的夹角，保持面阵CCD探测器13的曝光时间与步骤1）（a）中的相同，进行第二次拍摄，获取第二幅光谱图像；随后分别将窄带干涉滤光片8的法线转动至与光轴成10°和15°的夹角，重复上述步骤，进行第三次和第四次拍摄，获取第三幅和第四幅光谱图像；

(c) 将四次拍摄的光谱图像中未感光的区域删除，将第一幅光谱图像末端与第二幅光谱图像前端拼接，第二幅与第三幅、第三幅与第四幅之间采用同样的拼接方式，最终将四副光谱图像融合为一幅代表太阳方向的完整光谱图；

2）天空背景方向的拍摄：

(a) 控制精密旋转平台2将指向镜1转动180°至太阳相反方向，调整窄带干涉滤光片8入射面法线与光轴平行，对面阵CCD探测器13选取曝光时间，进行一次拍摄，获取光谱图像；

(b) 控制指向镜1保持天空背景方向的位置不变，通过微角度步进电机9将窄带干涉滤光片8的法线转动至与光轴成5°的夹角，保持面阵CCD探测器13的曝光时间与步骤2）（a）中的相同，进行第二次拍摄，获取第二幅光谱图像；随后分别将窄带干涉滤光片8的法线转动至与光轴成10°和15°的夹角，重复上述步骤，进行第三次和第四次拍摄，获取第三幅和第四幅光谱图像；

(c) 将四次拍摄的光谱图像中未感光的区域删除，将第一幅光谱图像末端与第二幅光谱图像前端拼接，第二幅与第三幅、第三幅与第四幅之间采用同样的拼接方式，最终将四副光谱图像融合为一幅代表天空背景方向的完整光谱图；

3）将步骤1(c)和步骤2(c)的两幅完整光谱图再次进行归一化处理，随后做相减计算，得到的差值光谱图像即为昼气辉发射的光谱强度，再利用与HITRAN08分子光谱数据库的拟合反演得出昼气辉的温度。