[发明专利]一种用于行星表面就位精细光谱分析系统

摘要

本发明公开了一种用于行星表面就位精细光谱分析系统，它包括定标防尘模块、光谱分析模块、数据采集与控制模块、安装基座。该仪器利用多射频复合声光驱动技术，结合双通道分立探测实现目标图像及光谱数据的获取，用于精细光谱分析；采用轻型转动机构驱动集成化的定标防尘板、配以指向镜，实现行星表面恶劣环境下的探测、定标、防尘及保温功能；采用复杂光机构型设计，实现仪器的紧凑型及轻小型。利用该发明实施的仪器具有集成度高，轻小型及多功能的特点，具备无人程控下的自主精细光谱分析功能的同时能适应行星表面恶劣环境，满足深空行星表面探测对新型仪器的需求。

主权项

一种用于行星表面就位精细光谱分析系统，它包括定标防尘模块(1)、光谱分析模块(2)、数据采集与处理模块(3)、控制模块(4)；其特征在于：所述的定标防尘模块(1)由防尘盖(101)、定标漫反射板(102)、超声电机(103)、结构支架(104)组成；模块使用超声电机(103)驱动，当超声电机不工作时，断电自锁实现零功耗定位；所述的定标漫射板(102)嵌入防尘盖(101)内组成集成紧凑型的定标防尘板，当仪器待机或关机时，定标防尘板处于防尘位置，防尘盖保护防止灰尘污染定标漫射板及仪器内部；当仪器定标时，定标防尘板处于定标位置，定标漫射板(102)漫反射太阳光用于仪器定标；当仪器探测时，定标防尘板处于探测位置，让开光路通道，对目标进行探测；所述的光谱分析模块(2)由可见近红外子模块及短波红外子模块组成，两者共用指向反射镜(20)及L型光学底板(21)，其中短波红外子模块由红外成像镜(211)、红外视场光阑(212)、红外光路折转反射镜(213)、红外准直镜(214)、红外AOTF(215)、红外会聚镜(216)、红外像面折转反射镜(217)、红外探测器(218)组成，可见近红外子模块由可见成像镜(221)、可见视场光阑(222)、可见光路折转反射镜(223)、可见准直镜(224)、可见AOTF(225)、可见会聚镜(226)、可见像面折转反射镜(227)、可见探测器(228)组成；光谱分析模块(2)的分光器件使用声光可调滤光器(AOTF)实现时间扫描的凝视型精细光谱探测；通过可见近红外及短波红外的双通道分立探测，配以复合射频驱动组合实现全谱段高性能；采用光路多重折转的复杂光机构型设计，实现紧凑及轻小型，双通道串行分立工作，进一步降低功耗。光谱分析系统工作时，在探测工况下探测目标反射的太阳光辐射或在定标工况下定标漫射板反射的太阳光辐射，首先经共用指向反射镜(20)进入光谱探测模块(2)，然后分别进入可见近红外子模块及短波红外子模块双通道分立探测；其中可见成像镜(221)将光辐射成像于可见视场光阑(222)上、由可见光路折转反射镜(223)折转后进入可见准直镜(224)准直，然后由可见AOTF(225)实现程控射频驱动选择衍射光波长，再由可见会聚镜(226)会聚，经可见像面折转反射镜(227)会聚至可见探测器(228)上，实现可见近红外谱段光谱图像探测；短波红外子模块由红外成像镜(211)将光辐射成像于红外视场光阑(212)，由红外光路折转反射镜(213)折转后进入红外准直镜(214)准直，然后由红外AOTF(215)实现程控射频驱动选择衍射光波长，再由红外会聚镜(216)会聚，经红外像面折转反射镜(217)会聚至红外探测器(218)上，实现红外光谱探测；所述的数据采集与控制模块(3)由主控FPGA(31)、超声电机驱动电路(311)、可见探测器驱动电路(312)、红外探测器前放电路(313)、射频匹配电路(34)、DDS射频发生电路(341)、射频功率放大器(342)、射频功率开关(343)、射频逻辑切换电路(344)、数据处理与存储电路(321)、数据接口(322)、总线(32)、二次电源(331)、一次电源接口(33)组成；其中一次电源接口(33)供电转化为二次电源(331)满足数据采集与探制模块(3)各单元的供电需求；由总线(32)接收指令通过主控FPGA(31)控制光谱分析系统工作；主控FPGA(31)控制超声驱动电路(311)控制超声电机(103)工作，实现定标防尘板按需要置于防尘、定标或探测位置；主控FPGA(31)控制DDS射频发生电路(341)产生所需频率的射频信号，通过射频功率放大器(342)放大，控制射频逻辑切换电路(344)通过射频功率开关(342)选择驱动通道，施加于相应的射频匹配电路(34)实现对可见AOTF(225)及红外AOTF(215)的控制，满足仪器光谱选择的需求；主控FPGA(31)控制红外探测器前放电路(313)及可见探测器驱动电路(312)工作，采集图像及光谱信号，由数据处理与存储电路(321)处理及存储，并通过数据接口(322)经由总线(32)输出；系统具体工作步骤如下：1)加电待机，超声驱动电路(311)，射频功率放大器(342)，可见探测器驱动电路(312)、红外探测器前放电路(313)等较大功率电路待机；主控FPGA(31)待命工作；2)主控FPGA(31)接收并解译指令，按指令要求工作；3)定标防尘模块工作：探测工况时，控制超声电机(103)驱动定标防尘板外于探测位置；定标工况时，超声电机(103)驱动定标防尘板外于定标位置；4)定标防尘模块结束工作，超声驱动电路(311)待机节能；5)可见探测器驱动电路(312)工作，采集暗噪声；6)射频功率放大器(342)工作，采集光谱图像数据；7)可见探测器驱动电路(312)，射频功率放大器(342)待机节能；8)红外探测器前放电路(313)工作，红外探测器(218)致冷；9)红外探测器前放电路(313)采集暗电流；10)射频功率放大器(342)工作，采集红外光谱图像数据；11)红外探测器前放电路(313)，射频功率放大器(342)待机节能；12)定标防尘模块工作：控制超声电机(103)驱动定标防尘板外于防尘位置；13)定标防尘模块结束工作，超声驱动电路(311)待机节能；14)待机，等待下一步工作指令。