[发明专利]一种光谱仪背景噪声抑制系统

说明书

本发明实施例中提供的光谱仪背景噪声抑制系统，在光谱仪主体外部包覆多层隔热组件，探测器组件包括探测器和制冷两部分，探测器通过制冷机制冷，探测器组件与光谱仪主体隔热安装，制冷机通过导热铝块与探测器组件外壳导热安装，连接界面填充导热填料减小接触热阻，探测器组件外壳喷涂散热涂层用于热源散热。辐射冷板与光谱仪主体之间隔热安装，辐射冷板与探测器组件通过热管连接，连接界面填充导热填料，辐射冷板表面喷涂散热涂层用于热源散热，由于未针对整个光谱仪本体采取复杂的制冷措施，同时对探测器与制冷机进行了单独的封装，且对封装外壳进行了局部的被动辐射制冷，具有结构简单、可靠性高、寿命长且研制周期短的优点。

技术领域

本发明涉及光谱仪背景噪声处理领域，特别涉及一种光谱仪背景噪声抑制系统。

背景技术

光谱成像仪是一种图谱合一的光电仪器，能够同时获取目标的光谱信息和空间几何信息，系统信噪比是表征仪器辐射灵敏度的重要指标，影响仪器系统信噪比的因素有很多，例如仪器工作条件、仪器设计参数、仪器噪声(目标信号光子噪声，背景噪声，电路随机干扰噪声)等。在以上三项影响因素中，前两项与信噪比的关系可以直接用信噪比计算模型直接计算出，仪器噪声中的信号光子噪声由入射光信号确定，而背景噪声难于用固定的模型计算得出，也容易被忽视，背景噪声的影响根据仪器的工作波段、工作状态等因素有关，一般当入射信号远远高于仪器背景辐射信号贡献时，可以忽略仪器的背景辐射影响，当仪器的背景辐射高于或接近入射光辐射强度的影响时，背景辐射对信噪比的影响是不容忽视的，尤其是对与大气探测类高光谱分辨率的仪器，强辐射背景下的弱吸收信号探测必须考虑降低仪器背景辐射影响的措施。

发明人通过研究发现，对光谱仪器自身的光机结构辐射对于系统辐射灵敏度的影响究竟有多显著，可根据高光谱成像仪的结构特点来分析，光谱仪的光机结构通常由光学镜片、狭缝、分光元件(通常为光栅或棱镜)、探测器组件、支撑结构等组成。探测器除了接收到瞬时视场内的目标信号外，还会接收到光机结构、光学元件、探测器杜瓦外壳的自身热辐射。由于光学元件具有较高的反射率，因此其贡献的自身辐射是可以忽略不计的。为了减小冷损，杜瓦腔体的内表面通常也都经过抛光处理，具有较低的发射率。狭缝安装在望远镜的焦面上，作为系统的光阑。望远镜的结构背景辐射通过狭缝进人光谱仪后，正好能够被光谱仪的结构吸收，因此仪器光机结构的背景辐射主要来自光谱仪内部。相关的研究和试验结果表明，随着环境温度的降低，在积分时间和增益不变的条件下，探测器暗背景响应随之大幅下降，因此降低光谱仪光机结构的温度是降低光谱仪背景噪声的必要措施。

目前已知有两种公开的技术方案可以用于去除光谱仪背景噪声问题，这两种技术方案主要用于深空探测光谱仪器，第一种是探测器采用机械制冷机进行制冷，同时利用大型的辐射制冷器对光谱仪本体进行制冷，进而达到降低背景热噪声的目的，但是通过大型的辐射制冷器对光谱仪本体整体进行制冷，结构复杂，安装和实施都难度较大，同时由于连接环节低温热管的使用，使得成本大增。第二种是探测器采用机械制冷机进行制冷，同时利用液态惰性气体通过管路循环的方式对光谱仪本体进行制冷，进而达到降低背景噪声的目的，同样通过循环管路对光谱仪本体进行制冷，随设备携带的液态惰性气体容量有限，寿命较短，同时由于其循环管路的使用，结构复杂且可靠性低，所以目前急需发展一种设计简单、可靠性高、研制周期快速的热控装置来降低光谱仪的背景噪声。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光谱仪背景噪声抑制系统，降低光谱仪结构背景的温度，从而降低背景噪声，保证光谱仪的成像质量

一种光谱仪背景噪声抑制系统，包括：光谱仪主体、探测器组件，所述光谱仪主体的外部包覆多层隔热组件并在入光窗口处预留空隙，所述探测器组件通过隔热措施安装在所述光谱仪本体上，所述探测器组件包括探测器、与为所述探测器制冷的制冷机及外壳，所述探测器与所述通光窗口对应，所述制冷机通过导热组件与所述外壳导热安装。