[发明专利]高分辨率流星光谱观测仪

权利要求书

1.一种高分辨率流星光谱观测仪，其特征在于，该观测仪包括用于流星光谱图像采集的室外观测设备和用于所述室外观测设备控制及流星光谱数据记录的室内采集控制主机；

所述室外观测设备包括成像器件CCD、成像镜头、平面透射光栅、加热丝、电源模块、时控继电器、数据发送器和玻璃球罩；

所述玻璃球罩设置于所述室外观测设备的顶部开口处，所述玻璃球罩下方设置有平面透射光栅，所述平面透射光栅下方设置有成像镜头和成像器件CCD，所述成像镜头和成像器件CCD透过所述平面透射光栅和所述玻璃球罩进行流星光谱观测；

所述加热丝设置于所述玻璃球罩的下边沿，用于通过加热防止所述玻璃球罩凝结水汽；

所述电源模块在所述时控继电器的控制下进行所述室外观测设备中各模块的供电；

所述时控继电器用于根据所述室外观测设备架设地的经纬度获取观测日对应的日落时间和日出时间，控制所述电源模块在达到日落时间时进行供电，在达到日出时间时停止供电。

2.根据权利要求1所述的高分辨率流星光谱观测仪，其特征在于，所述流星光谱，其线分辨率由成像镜头焦距、平面透射光栅和成像器件CCD的参数决定；

所述线分辨率disp₀的公式表示为：

其中，γ是光线入射角，β是衍射角，m是光谱级次，G是光栅刻线数，f是成像镜头的焦距，P是像元尺寸。

3.根据权利要求1所述的高分辨率流星光谱观测仪，其特征在于，所述流星光谱成像画面中波长值和像素位置的关系为：

步骤S10，将单位矢量入射光记作(A,B,C)，将通过所述平面透射光栅后的单位矢量的衍射光记作(A′,B′,C′)，所述衍射光(A′,B′,C′)通过所述成像镜头后在所述成像器件CCD的焦平面成像点记作P点，P点在所述焦平面的坐标记作(x,y)，P点的极坐标记作(r,φ)，所述衍射光(A′,B′,C′)与所述成像镜头的光轴中心的夹角记作ρ；

步骤S20，单位矢量入射光(A,B,C)与衍射光(A′,B′,C′)之间的关系为：

A′＝A+mλG

B′＝B

其中，λ是入射光波长，m是光谱级次，G是光栅刻线数；

P点的极坐标(r,φ)与焦平面坐标(x,y)以及夹角ρ之间的关系为：

r＝fg(ρ)

x＝fg(ρ)cosφ

y＝fg(ρ)sinφ

其中，f是成像镜头的焦距，g(·)为成像函数；

步骤S30，综合所述入射光与衍射光的关系以及P点的极坐标与焦平面坐标、夹角的关系，获得实际成像点的像素位置与波长值的关系表达式：

其中，disp₀代表流星光谱的线分辨率；x₀为光轴中心的x坐标值，y₀为光轴中心的y坐标值，λ₀为x₀处的波长值；c_pf＝(p/f)²，p是待求常数，x是光谱点的像素位置。

4.根据权利要求3所述的高分辨率流星光谱观测仪，其特征在于，所述流星光谱成像画面中波长值和像素位置的关系利用光谱点波长值已知的校准光源确定。

5.根据权利要求4所述的高分辨率流星光谱观测仪，其特征在于，所述校准光源为Hg-Ar卤素灯光源。

6.根据权利要求3所述的高分辨率流星光谱观测仪，其特征在于，所述波长值和像素位置的关系中参数(x₀,λ₀,disp₀,c_pf)，其获取方法为：

步骤A10，通过校准光源Hg-Ar卤素灯光源进行拍摄成像，获得所述校准光源Hg-Ar卤素灯光源的波长值和像素位置；

步骤A20，将所述校准光源Hg-Ar卤素灯光源的波长值和像素位置代入所述流星光谱成像画面中波长值和像素位置的表达式进行拟合，获得参数(x₀,λ₀,disp₀,c_pf)。