[发明专利]一种适用于寒冷环境下的光谱仪自适应控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于寒冷环境下的光谱仪自适应控制方法，涉及自动控制技术，包括以下步骤：1)入射光强度粗测；2)光谱仪总体输出最大值确定；3)光谱仪总体输出分解；4)光谱仪最佳曝光时间t_op确定；5)光谱仪自适应测量，将光谱仪曝光时间设定为t_op进行测量。本发明的有益效果是该自适应控制方法通过预估入射光强度并自动调节曝光时间的方式，使得光谱仪能够自动适应外界环境温度和光场强度的变化，尤其在恶劣寒冷环境下，进行自适应测量，减少器件由于温度变化产生的测量误差，从而得到满意的测量结果。

技术领域

本发明涉及自动控制技术，具体涉及一种适用于寒冷环境下的光谱仪自适应控制方法。

背景技术

极地凭借其自身丰富的战略资源以及独特的战略地理位置，吸引了全球各国将其作为本国重点国家发展战略。极地地区所拥有的大量海冰，鉴于其对于极地海洋生态系统、极地上层海洋过程、大气-海冰-海洋相互作用以及全球气候变化等方面均具有重要意义，因此成为极地研究的热点。有研究表明在过去的几十年中北极海冰正发生着显著的变化，海冰覆盖范围和面积均显著减小，多年冰大量融化，取而代之的是更多的一年冰，而造成这种变化很重要一个原因是太阳辐射。因此针对海冰环境下太阳辐射变化情况的长期原位测量是十分重要的。

长久以来，针对极地海冰环境太阳辐射的数据十分缺乏，长期连续数据更是没有，这其中主要原因是极地环境十分恶劣，在北极海冰环境下，环境温度变化范围很大，最低温度能够低至-40℃，该温度已经大大低于包括光谱仪在内的绝大部分光学传感器的最低允许使用温度，同时非常接近绝大部分电子元器件的允许使用温度下限。因此用于极地海冰环境太阳辐射强度测量的光谱仪必须进行特殊温度相关性研究校正，方能保证测量结果的正确、有效，而该方面是目前市场上绝大部分商用光谱仪无法做到的。此外，极地海冰环境下，太阳辐射强度在时间和空间上变化都很大，为太阳辐射强度的长期连续测量带来了非常大的挑战。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，目的在于提出了一种适用于寒冷环境下的光谱仪自适应控制方法，提高光谱仪对环境温度的适应性，最大程度上的消除由于外界温度变化与入射光强度变化所造成的测量误差，扩大了观测系统的有效工作区间，使得系统能够自动适应外界辐射强度与温度的变化进行精确测量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种适用于寒冷环境下的光谱仪自适应控制方法，所述方法包括以下步骤：

(1)光谱仪接受外界入射光信号，同时通过光谱仪自带的温度传感器测量得到外界环境温度T，设定光谱仪曝光时间为t，获得对应于此入射光信号的光谱仪总体输出M(T,t)；

(2)根据得到的光谱仪总体输出M(T,t)，利用递归算法，得到光谱仪总体输出数据中的最大值以及相对应的像素值；

(3)对所述光谱仪总体输出M(T,t)进行分解，得到偏置电压Md_off(T)、暗电压Md_dk(T,t)和信号输出Ms(T,t)，其中，Ms(T,t)＝M(T,t)-Md_off(T)-Md_dk(T,t)；

(4)确定最佳曝光时间标准，同时通过线性差值方法计算最佳曝光时间t_op；

(5)将光谱仪的曝光时间设置为t_op进行测量，得到测量结果(也即总体输出)。

进一步的，所述步骤(3)中对所述光谱仪总体输出M(T,t)进行分解，包括以下步骤：

(1)将总体输出M(T,t)分为两个部分，即暗输出Md(T,t)和信号输出Ms(T,t)，其中暗输出Md(T,t)由偏置电压Md_off(T)和暗电压Md_dk(T,t)两部分组成；