实现自定标功能的八通道辐射计制造技术

本发明专利技术公开了一种实现自定标功能的八通道辐射计，该辐射计兼有辐射观测和自校准功能，主要包括有：观测光路、相关光子产生模块、扫描电机模块、复用望远模块、准直光路模块、分光和会聚光路模块、光电探测和信号处理模块；本发明专利技术的思路是通过在辐射计中内置相关光子定标装置，对八通道辐射计的光电回路的衰变因子进行评估，实现对八通道辐射计定标系数进行周期性的校正，因相关光子定标装置自身是绝对的，不需要溯源到高精度的计量标准，可以达到更高的定标精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥感科学和光辐射测量领域，具体是一种实现自定标功能的八通道辐射计设计。
技术介绍
光谱辐射计是获得遥感观测目标光谱辐射信息最重要的光电测量设备，可以布置在地面、无人机、气球、卫星等多个平台，获得观测目标的光谱辐亮度，在农业、工业、军事、航天等诸多领域有着广泛的应用。目前商用化的光谱辐射计的分光方式有多种，包括滤光片、光栅、棱镜、液晶可调谐等，这些光谱辐射计一般在观测前需进行实验室定标，获得光谱辐射计的定标系数。在卫星观测平台上，一般的遥感器都会受到空间紫外辐照、高能粒子轰击等外太空环境因素的影响，光、电元件容易老化衰变，对光学遥感器定标系数周期性校正可以精确反演目标光谱辐亮度。目前对卫星观测遥感器定标方式主要有星上定标和在轨定标两种方式，星上定标则以太阳、月亮或恒星天体作为定标光源，利用星上漫射板进行定标，或在卫星平台上放入内置定标器。在轨定标则是当卫星过顶时同步测量地面和大气等相关参量，代入大气传输模型，反演卫星入瞳辐亮度的过程。无论是星上定标还是在轨定标，为了提高卫星有效载荷的应用水平，都需要将卫星光学载荷的辐射量值溯源至SI单位制，在卫星平台上布置定标器，可以保证卫星有效载荷溯源至高精度的计量标准，但一般的计量标准在卫星平台上也会发生变化，这个变化如何评估?另外在卫星平台上布置星上定标器，需占用卫星平台的诸多资源，影响卫星的使用寿命ο相关光子定标技术是利用激光与非线性介质相互作用产生时间、空间、频率等相关光子的过程，探测到一个光子就可以预测另一个光子的存在，利用这种原理可以实现对光电探测器的量子效率进行定量评估。研制的八通道辐射计，具备辐射观测和自校准功能，其中自校准模块可以对八通道辐射计的光电回路损耗因子进行定量测量，从而实现八通道辐射计“无标准传递的”绝对定标，将在未来卫星遥感星上定标过程中发挥着空间辐射基准的作用，实现对其他卫星观测遥感器定标系数进行量值传递。
技术实现思路
本专利技术提供一种能实现自定标的八通道辐射计，设备兼有辐射观测和自校准功能，自校准模块可以对八通道辐射计的光电损耗因子进行定量评估，定期获取八通道辐射计的定标系数，实现对八通道辐射计辐射观测值的校正。本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种实现自定标功能的八通道辐射计，其特征在于:包括有观测光路，观测光路上依次设有相关光子产生模块、扫描电机模块;所述相关光子产生模块包括有依次设置的激光器、起偏器、半波片、激光功率稳定器、聚焦透镜、非线性晶体以及准直透镜，所述的激光器产生波长为355nm的栗浦激光，经过起偏器起偏后产生线偏振光，经激光功率稳定器后产生稳定的激光光束，后经过聚焦透镜会聚到非线性晶体的中心位置，在满足相位匹配条件的情况下，产生自发辐射的宽波段相关光子光谱，经准直透镜后产生准直的平行光;所述扫描电机模块包括扫描反射镜，分别将八通道辐射计分别切换到辐射观测模式和校准模式，扫描电机模块的扫描反射镜工作时的反射光路上依次设有复用望远模块、准直光路模块、分光和会聚光路模块、光电探测和信号处理模块;所述复用望远模块包括依次设置的截止滤光片、前置光阑、会聚光路、反射镜和视场光阑，一方面用于确定八通道辐射计的观测视场大小，另一方面保证辐射观测模式和校准模式具有公共传输光路;所述准直光路模块是将视场光阑处输出的发散光束转换为平行光;所述分光和会聚光路是通过分色片将八个波长的相关光子光源进行空间分离，通过会聚光路入射到相应的光子计数探测器中；所述光电探测和信号处理模块包括有依次连接的光电探测模块、符合探测模块和信号处理模块;光电探测模块是利用光子计数探测器将光子信号转换为电脉冲信号，八波段的相关光子信号分别采用八路光子计数探测器进行探测；符合探测模块是将脉冲整形后的TTL电平信号经时间幅度转换器进行探测；信号处理模块则是记录符合计数、意外符合计数、触发通道计数、触发通道暗计数，以及辐射观测过程中记录八通道探测器的计数和暗计数。信号处理模块，主要包括校准模式的信号处理和辐射观测模式的信号处理，校准模式的信号处理主要是获得共用部分的光电回路损耗，辐射观测模式的信号处理部分主要是记录单位时间内的光子计数探测器的光谱通道的光子速率，并最终获得八通道辐射计的校正系数。基于自定标功能的八通道福射计福射定标校正方法，具体实施步骤如下: (1)打开激光器激光功率稳定器、光子计数探测器、时间幅度转换器、光子计数器等测量设备的电源，预热30分钟以上； (2)将扫描电机模块的扫描反射镜切换到校准光路，精密调节半波片的透光轴与非线性晶体的光轴方向一致，设置光子计数探测器的测量时间，记录时间幅度转换输出的有效符合计数值与有效触发计数值； (3)将半波片的光轴方向旋转45度角，设置光子计数探测器的测量时间，记录时间幅度转换输出的意外符合计数值与背景触发计数值； (4)通过(2)、(3)获得辐射观测和校准模式的共用光电回路衰减因子大小； (5)关闭栗浦激光，将扫描反射镜旋转90度切换到辐射观测光路，设置光子计数探测器的测量时间，记录各通道光子计数探测器输出的光子计数值； (6)将(4)、(5)中测量的相关参数和已知参数代入到八通道辐射计辐射测量方程中，获得八通道辐射计的通道的辐射定标系数。本专利技术的优点是: 本专利技术将相关光子定标技术应用于光学遥感器光谱辐射测量过程中，定期实现对光学遥感器定标系数的更新与修正，因相关光子定标是一种不需要标准传递的定标技术，因此不需要溯源于实验室和卫星平台上高精度的计量标准，理论上具有更低的测量不确定度。本专利技术利用相关光子定标原理做成的光谱辐射计，兼有辐射观测和自校准的功能，自校准模块可以实现对光谱辐射计整个光电回路的变化进行测量，将变化因子代入到辐射测量方程中可以获得修正后的定标系数，从而实现光谱辐射计的自定标。【附图说明】图1为本专利技术实现自定标功能的八通道辐射计光路示意图。图2为当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现自定标功能的八通道辐射计，其特征在于：包括有观测光路，观测光路上依次设有相关光子产生模块、扫描电机模块；所述相关光子产生模块包括有依次设置的激光器、起偏器、半波片、激光功率稳定器、聚焦透镜、非线性晶体以及准直透镜，所述的激光器产生波长为355nm的泵浦激光，经过起偏器起偏后产生线偏振光，经激光功率稳定器后产生稳定的激光光束，后经过聚焦透镜会聚到非线性晶体的中心位置，在满足相位匹配条件的情况下，产生自发辐射的宽波段相关光子光谱，经准直透镜后产生准直的平行光；所述扫描电机模块包括扫描反射镜，分别将八通道辐射计分别切换到辐射观测模式和校准模式，扫描电机模块的扫描反射镜工作时的反射光路上依次设有复用望远模块、准直光路模块、分光和会聚光路模块、光电探测和信号处理模块；所述复用望远模块包括依次设置的截止滤光片、前置光阑、会聚光路、反射镜和视场光阑，一方面用于确定八通道辐射计的观测视场大小，另一方面保证辐射观测模式和校准模式具有公共传输光路；所述准直光路模块是将视场光阑处输出的发散光束转换为平行光；所述分光和会聚光路是通过分色片将八个波长的相关光子光源进行空间分离，通过会聚光路入射到相应的光子计数探测器中；所述光电探测和信号处理模块包括有依次连接的光电探测模块、符合探测模块和信号处理模块；光电探测模块是利用光子计数探测器将光子信号转换为电脉冲信号，八波段的相关光子信号分别采用八路光子计数探测器进行探测；符合探测模块是将脉冲整形后的TTL电平信号经时间幅度转换器进行探测；信号处理模块是记录符合计数、意外符合计数、触发通道计数、触发通道暗计数，以及辐射观测过程中记录八通道探测器的计数和暗计数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李健军，郑小兵，孟凡刚，翟文超，刘岩，高冬阳，胡友勃，夏茂鹏，闫静，庞伟伟，郭园园，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34