一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统，解决现有光学系统结构形式难以满足严苛的轻量化、高稳定性、高精度的要求，以及不能实现全谱段光学器件支撑的问题。该探测系统包括主支撑结构、前置望远镜系统、三镜组镜系统及全谱段高光谱仪系统，主支撑结构包括采用SiC材料制成的基板，前置望远镜系统设置在基板的正面，三镜组系统设置在基板的反面，用于反射次前置望远镜系统输出的光束，并将光束折转为两路，分别进入全谱段高光谱仪系统，全谱段高光谱仪系统用于获取地面目标的全色、可见近红外谱段、短波红外谱段、中波红外谱段、长波红外谱段的空间信息图像和全色/光谱影像图，能够实现全波段共6个光学载荷的同支撑设计。

A high stability detection system for large aperture full spectrum hyperspectral load

【技术实现步骤摘要】
一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统
本专利涉及空间光学摇感领域，具体涉及一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统。
技术介绍
随着航天技术的不断进步，空间卫星平台搭载的有效载荷复杂度越来越高，近地轨道卫星、对地观测卫星、数据中继卫星等卫星平台层出不穷。随着对深空探测的不断深入，空间光学遥感已成功应用于深空探测、对地观测及空间科学研究等众多领域，发展方向主要是高分辨率、轻量化、高稳定性等方面。随着对空间光学遥感分辨率要求的提高，光学系统的口径越来越大，光学分辨率越来越高，探测精度也越来越高。高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率成为实现高光谱分辨率对地观测能力的重要标志。为实现载荷高刚度、高稳定性以及高轻量化的设计，对大口径光学系统的结构设计要求也是越来越高，结构设计方法和设计理念亟待需要突破性的提高。大口径光学系统由于结构尺寸较大，在力热环境变化情况下，结构的变形将比较明显，会对光学元件的面形精度产生影响，因此大口径光学的结构稳定性支撑设计技术将必须重点研究和解决。对于大口径光学遥感设备，主支撑构件作为系统的骨架结构，必须保证光学系统的高稳定性和高可靠性。遥感设备主支撑结构主要有薄壁筒式、盒式、框架式、桁架式等形式。薄壁筒式主支撑结构具有刚度高、整体结构稳定性好、方便检测和装调、且利于温度控制和杂散光的抑制等特点，一般用于对结构稳定性要求很高，而对重量控制较为宽松的支撑结构中，其缺点是重量较大，减重率较低，不适用于轻量化、高精度、高稳定的遥感相机。盒式主支撑结构的刚度和强度高、整体稳定性好，主要用于多反离轴类复杂光学系统相机中。高强度的盒式结构重量较大，随着空间相机轻量化程度的提高，盒式结构逐渐被更轻量的结构所取代。框架式主支撑结构的刚度十分优异，空间稳定性好，轻量化程度较低，适用于中小型离轴系统的主支撑结构，但不适用于轻量化程度高的遥感相机。桁架式支撑结构的特点是比刚度高、装配灵活、形式简单，具有很强的可设计性，普遍适用于大中型、单反和多反、同轴以及离轴空间相机中，但不适用于轻量化、高精度、高稳定的遥感相机。随着对遥感相机严苛的轻量化、高精度、高稳定性要求，上述主支撑结构由于存在或多或少的缺点，难以满足实际需要，另外现有主支撑结构至多只能搭载两个波段的光学仪器，不能实现全谱段光学器件的支撑。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有光学系统结构形式难以满足严苛的轻量化、高稳定性、高精度的要求，以及不能实现全谱段光学器件支撑的问题，而提供一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统。为实现上述目的，本技术提供的技术方案是：一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统，其特殊之处在于，包括主支撑结构、前置望远镜系统、三镜组系统及全谱段高光谱仪系统；所述主支撑结构包括采用SiC材料制成的基板；所述基板的正面通过两个相互平行的第一加强筋分为左区域、中间区域及右区域；所述中间区域的中部开设有镜组安装孔，镜组安装孔以外的部分设有多个三角形减重槽；所述左区域和右区域结构相同，且以中间区域对称分布，左区域和右区域均设有多个三角形减重槽；所述基板的反面为一平面，其上设有多个用于安装光学组件的螺纹孔，多个螺纹孔均开设在三角形减重槽的槽壁上；所述前置望远镜系统设置在基板的正面，包括主反射镜、次反射镜及桁架组件；所述主反射镜安装在镜组安装孔位置，主反射镜中部开有通光孔；次反射镜通过桁架组件同轴固定在主反射镜的上方，入射光束依次经主反射镜和次反射镜反射后经过通光孔；所述三镜组系统设置在基板的反面，用于反射次反射镜输出的光束，并将光束折转为两路，分别为第一光束和第二光束；所述全谱段高光谱仪系统设置在基板的反面，包括第一成像单元和第二成像单元，所述第一成像单元包括第一中继变倍镜组、第一全色成像组件、第一分色镜、短波红外高光谱组件、长波红外高光谱组件及第一真空制冷杜瓦组件，所述第一光束的一部分光束进入第一全色成像组件，其余部分光束经过第一中继变倍镜组中继变倍后，经第一分色镜进行分色，分为两路，分别进入短波红外高光谱组件和长波红外高光谱组件，所述长波红外高光谱组件安装在第一真空制冷杜瓦组件内；所述第二成像单元包括第二中继变倍镜组、第二全色成像组件、第二分色镜、可见光高光谱组件、中波红外高光谱组件及第二真空制冷杜瓦组件，所述第二光束的一部分光束被第二全色成像组件接收，其余部分光束经过第二中继变倍镜组中继变倍后，经第二分色镜进行分色，分为两路，分别进入可见光高光谱组件和中波红外高光谱组件，所述中波红外高光谱组件安装在第二真空制冷杜瓦组件内。进一步地，所述三镜组系统包括沿所述通光孔轴线对称设置的两组三镜系统；每组所述三镜系统包括折轴镜、第三反射镜及调焦镜，光束依次经折轴镜反射、第三反射镜反射和调焦镜反射。进一步地，所述可见光高光谱组件和短波红外高光谱组件均采用了基于Féry曲面棱镜的Offner色散成像系统，所述可见光高光谱组件包括第一成像光学组和可见光高光谱仪；所述第一成像光学组包括第一狭缝、球面反射镜、第一矩形曲面棱镜、第二矩形曲面棱镜、第一矩形曲面反射棱镜及第二矩形曲面反射棱镜；经第一分色镜分出的其中一路光束依次经过第一狭缝、第一矩形曲面棱镜后被第一矩形曲面反射棱镜反射形成第一反射光；第一反射光经过第一矩形曲面棱镜透射后再由球面反射镜反射形成第二反射光；第二反射光通过第二矩形曲面棱镜透射后再被第二矩形曲面反射棱镜反射后，经第二矩形曲面棱镜透射后，被可见光高光谱仪接收；所述短波红外高光谱组件包括第二成像光学组和短波红外高光谱仪，第二成像光学组与所述第一成像光学组结构相同。进一步地，所述中波红外高光谱组件和长波红外高光谱组件均采用了Dyson光学成像系统，所述中波红外高光谱组件包括第三成像光学组和中波红外高光谱仪；所述第三成像光学组包括凹面衍射光栅、Dyson透镜、校正透镜、反射镜及狭缝；经第一分色镜分出的另一路光束进入第二狭缝后，经反射镜反射进入Dyson透镜，并经校正透镜表面的凹面衍射光栅进行光谱色散，形成光谱，色散的光谱被校正透镜反射后，再经由Dyson透镜被中波红外高光谱仪接收；所述长波红外高光谱组件包括第四成像光学组和长波红外高光谱仪，第四成像光学组与所述第三成像光学组结构相同。进一步地，所述长波红外高光谱组件通过紫铜金属板安装在第一真空制冷杜瓦组件内，中波红外高光谱组件通过紫铜金属板安装在第二真空制冷杜瓦组件内。进一步地，所述左区域和右区域的高度从靠近中间区域向远离中间区域逐渐降低。进一步地，所述左区域上设有N条垂直于第一加强筋的第二加强筋，从而将左区域分割成N+1个单元；所述第二加强筋的高度与第一加强筋的高度相等。进一步地，所述中间区域还设有与第一加强筋垂直的两条相互平行的第三加强筋，两条第三加强筋分别位于镜组安装孔的两侧，第三加强筋的高度与第一加强筋的高度相等；镜组安装孔与第一加强筋、第三加强筋之间设置有多条第四加强筋。进一步地，所述镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统，其特征在于：包括主支撑结构(10)、前置望远镜系统(11)、三镜组系统及全谱段高光谱仪系统；/n所述主支撑结构(10)包括采用SiC材料制成的基板；/n所述基板的正面(2)通过两个相互平行的第一加强筋(4)分为左区域(21)、中间区域(22)及右区域(23)；/n所述中间区域(22)的中部开设有镜组安装孔(24)，镜组安装孔(24)以外的部分设有多个三角形减重槽(3)；/n所述左区域(21)和右区域(23)结构相同，且以中间区域(22)对称分布，左区域(21)和右区域(23)均设有多个三角形减重槽(3)；/n所述基板的反面(1)为一平面，其上设有多个用于安装光学组件的螺纹孔，多个螺纹孔均开设在三角形减重槽(3)的槽壁上；/n所述前置望远镜系统(11)设置在基板的正面，包括主反射镜(111)、次反射镜(112)及桁架组件；所述主反射镜(111)安装在镜组安装孔位置，主反射镜(111)中部开有通光孔；次反射镜(112)通过桁架组件同轴固定在主反射镜(111)的上方，入射光束依次经主反射镜(111)和次反射镜(112)反射后经过通光孔；/n所述三镜组系统设置在基板的反面，用于反射次反射镜(112)输出的光束，并将光束折转为两路，分别为第一光束(31)和第二光束(32)；/n所述全谱段高光谱仪系统设置在基板的反面，包括第一成像单元和第二成像单元，所述第一成像单元包括第一中继变倍镜组、第一全色成像组件(17)、第一分色镜(18)、短波红外高光谱组件、长波红外高光谱组件及第一真空制冷杜瓦组件，所述第一光束(31)的一部分光束进入第一全色成像组件(17)，其余部分光束经过第一中继变倍镜组中继变倍后，经第一分色镜(18)进行分色，分为两路，分别进入短波红外高光谱组件和长波红外高光谱组件，所述长波红外高光谱组件安装在第一真空制冷杜瓦组件内；/n所述第二成像单元包括第二中继变倍镜组、第二全色成像组件(20)、第二分色镜(25)、可见光高光谱组件、中波红外高光谱组件及第二真空制冷杜瓦组件，所述第二光束(32)的一部分光束被第二全色成像组件(20)接收，其余部分光束经过第二中继变倍镜组中继变倍后，经第二分色镜(25)进行分色，分为两路，分别进入可见光高光谱组件和中波红外高光谱组件，所述中波红外高光谱组件安装在第二真空制冷杜瓦组件内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统，其特征在于：包括主支撑结构(10)、前置望远镜系统(11)、三镜组系统及全谱段高光谱仪系统；
所述主支撑结构(10)包括采用SiC材料制成的基板；
所述基板的正面(2)通过两个相互平行的第一加强筋(4)分为左区域(21)、中间区域(22)及右区域(23)；
所述中间区域(22)的中部开设有镜组安装孔(24)，镜组安装孔(24)以外的部分设有多个三角形减重槽(3)；
所述左区域(21)和右区域(23)结构相同，且以中间区域(22)对称分布，左区域(21)和右区域(23)均设有多个三角形减重槽(3)；
所述基板的反面(1)为一平面，其上设有多个用于安装光学组件的螺纹孔，多个螺纹孔均开设在三角形减重槽(3)的槽壁上；
所述前置望远镜系统(11)设置在基板的正面，包括主反射镜(111)、次反射镜(112)及桁架组件；所述主反射镜(111)安装在镜组安装孔位置，主反射镜(111)中部开有通光孔；次反射镜(112)通过桁架组件同轴固定在主反射镜(111)的上方，入射光束依次经主反射镜(111)和次反射镜(112)反射后经过通光孔；
所述三镜组系统设置在基板的反面，用于反射次反射镜(112)输出的光束，并将光束折转为两路，分别为第一光束(31)和第二光束(32)；
所述全谱段高光谱仪系统设置在基板的反面，包括第一成像单元和第二成像单元，所述第一成像单元包括第一中继变倍镜组、第一全色成像组件(17)、第一分色镜(18)、短波红外高光谱组件、长波红外高光谱组件及第一真空制冷杜瓦组件，所述第一光束(31)的一部分光束进入第一全色成像组件(17)，其余部分光束经过第一中继变倍镜组中继变倍后，经第一分色镜(18)进行分色，分为两路，分别进入短波红外高光谱组件和长波红外高光谱组件，所述长波红外高光谱组件安装在第一真空制冷杜瓦组件内；
所述第二成像单元包括第二中继变倍镜组、第二全色成像组件(20)、第二分色镜(25)、可见光高光谱组件、中波红外高光谱组件及第二真空制冷杜瓦组件，所述第二光束(32)的一部分光束被第二全色成像组件(20)接收，其余部分光束经过第二中继变倍镜组中继变倍后，经第二分色镜(25)进行分色，分为两路，分别进入可见光高光谱组件和中波红外高光谱组件，所述中波红外高光谱组件安装在第二真空制冷杜瓦组件内。


2.根据权利要求1所述的一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统，其特征在于：
所述三镜组系统包括沿所述通光孔轴线对称设置的两组三镜系统；
每组所述三镜系统包括折轴镜(121)、第三反射镜(122)及调焦镜(123)，光束依次经折轴镜(121)反射、第三反射镜(122)反射和调焦镜(123)反射。


3.根据权利要求1或2所述的一种大口径全谱段高光谱载荷高稳定性探测系统，其特征在于：
所述可见光高光谱组件和短波红外高光谱组件均采用了基于Féry曲面棱镜的Offner色散成像系统，
所述可见光高光谱组件包括第一成像光学组和可见光高光谱仪(28)；
所述第一成像光学组包括第一狭缝(141)、球面反射镜(142)、第一矩形曲面棱镜(143)、第二矩形曲面棱镜(144)、第一矩形曲面反射棱镜(145)及第二矩形曲面反射棱镜(146)；
经第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆会，王锋，孙丽军，李立波，王爽，王飞橙，武登山，柯善良，贾昕胤，李思远，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61