[发明专利]一种面向星地激光通信的红外云成像仪系统

说明书

本发明公开了一种面向星地激光通信的红外云成像仪系统，包括光学感应模块、通信控制模块、算法单元，光学感应模块由微波辐射热计相机搭载广角镜头组成，通信控制模块利用微型计算机，采用服务器‑客户端模式，算法单元包括辐射定标算法模块和云的光学深度算法模块，辐射定标算法模块用于解决非制冷焦平面阵列相机的温度漂移问题，云的光学深度算法模块利用原始遥感图像和实时温度数据，能够得出云的辐射图像；本发明能够应用于星地激光通信时分析云层数据，为预判云层干扰提供先验信息，解决了昼夜观测、远程在线下载和云统计信息不足等问题。

技术领域

本发明涉及一种面向星地激光通信获取云辐射和云光学深度的测量装置，并且具体涉及红外辐射定标和检测云层光学深度的方法，可作为星地激光通信检测分析云层的实用装置系统。

背景技术

随着空间数据通信需求的不断提升，传统星地间采用的微波通信技术由于相对较低的传输速率已难以满足日益增长的数据传输需求，采用激光通信技术已成为未来星地之间通信的发展趋势。

在实现星地激光通信过程中，云对光学信号的衰减强度随云的光学性质的不同而差异很大。厚的云层使激光信号严重衰减，足以完全切断激光通信链路。光学薄云，特别是卷云，主要是通过散射衰减光束，降低激光信号能量。以往研究云的统计信息，仅针对云量和云状已不能满足星地激光通信领域的需求，还需研究云的光学深度。现有的云观测手段都有一定的局限性：卫星云图的空间分辨率在1公里以上，采样间隔在15分钟以上，时间和空间分辨率都很低，而雷达探测专用于定点天顶方向观测、且设备成本高，均无法满足实际应用需求为满足星地激光通信领域的需求，本发明提供一种作为星地激光通信中云辐射和云光学深度分析测量的装置。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种面向星地激光通信的红外云成像仪系统，可令非制冷红外相机的成像结果免受环境温度变化的影响；解决传统模式获取数据不便的问题，提供多用户在线访问数据模式，可实现远程在线访问服务器和下载图像数据；解决传统系统输出云图像信息不足的问题，同时提供了云辐射图像和云的光学深度图像。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向星地激光通信的红外云成像仪系统，包括光学感应模块、通信控制模块、算法单元，其中：

光学感应模块由微波辐射热计相机搭载广角镜头组成，光学感应模块用于将焦平面阵列采集到的场景辐射值转化为数据流格式，也就是通过相机内部的非制冷焦平面阵列采集视场上空场景的红外波段辐射数据。

通信控制模块提供交互式接口，可提供多用户远程访问和在线下载图像数据。通信控制模块利用微型计算机，采用服务器-客户端模式，将设备的服务器端口打开之后，能够接收多个用户在线访问和下载云图像数据，用户根据自身需求制定拍摄时间间隔，图像以时间戳的格式命名并保存在客户本地数据库中。

算法单元包括辐射定标算法模块和云的光学深度算法模块，辐射定标算法模块用于解决非制冷焦平面阵列相机的温度漂移问题，通过非制冷焦平面阵列温度依赖模型来补偿设备受环境温度变化的响应，提高相机响应的准确性。云的光学深度算法模块利用原始遥感图像和实时温度数据，能够得出云的辐射图像。利用云的辐射图像和大气传输模型的结果，能够得出云的光学深度。将云的光学深度与星地激光通信质量相关联，得到直观的数据可用于判断激光通信链路的传输状况。辐射定标算法模块用于保障图像的准确性，将原始遥感图像转化为辐射图像。云的光学深度算法模块能够将辐射图像转化为光学深度图像，反映云层对光信号的衰减情况，

辐射定标算法模块将微波辐射热计相机的输出与场景源的温度辐射构建联系，对此依赖进行补偿：

修正焦平面阵列温度依赖：