發(fā)布時間：2022-02-19 04:54

　　靜止軌道成像光譜儀相比于低軌成像光譜儀在對地球大氣進行探測時具有圖像信噪比高、重訪周期短的優(yōu)勢,這些優(yōu)勢對于提高分析大氣成分的能力至關(guān)重要。所在課題組展開了靜止軌道成像光譜儀原理測試樣機的研制工作,目的是驗證相關(guān)技術(shù)的可行性,為光譜儀載荷設(shè)計提供技術(shù)參考。靜止軌道成像光譜儀每次成像時通過對一個觀測條帶區(qū)域凝視成像,獲取該條帶的光譜圖像數(shù)據(jù);再通過步進式運動和凝視成像,逐步遞推式覆蓋所有觀測范圍,這個過程即為擺掃成像。本文的研究內(nèi)容為該光譜儀擺掃成像控制系統(tǒng)的預(yù)研設(shè)計,主要從擺掃驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計、擺掃控制方案研究、CCD成像系統(tǒng)設(shè)計以及擺掃成像綜合控制這幾個方面展開闡述。根據(jù)擺掃機構(gòu)指向穩(wěn)定性、步進角精度等要求,擺掃驅(qū)動系統(tǒng)組件的方案為:以“步進電機+諧波減速器”構(gòu)成驅(qū)動執(zhí)行部件,絕對值式光電編碼器作為角度測量元件。設(shè)計了擺掃驅(qū)動電路,實現(xiàn)了電機控制、主從通訊以及編碼器數(shù)據(jù)讀取在FPGA中的集成。為了增強擺掃機構(gòu)指向穩(wěn)定性,對步進電機的靜態(tài)矩角特性進行了分析和實驗;通過真空熱實驗,測算了電機驅(qū)動芯片在空間環(huán)境中的溫升速率。為了降低轉(zhuǎn)動過程中的失步率,對空間轉(zhuǎn)動力矩進行了計算;根據(jù)力矩裕度要求... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１成像光譜儀的工作原理??成像光譜儀的結(jié)構(gòu)簡圖如

技術(shù)與成像技術(shù)相融合的儀器［１５］，其具有圖譜合一的特點，被廣泛運用??于礦產(chǎn)尋找、林業(yè)監(jiān)視以及氣象探測等眾多方向。成像光譜儀主要搭載在衛(wèi)星、??飛機，從而實現(xiàn)對地面或大氣目標的探測〃叱成像光譜儀按照光譜分光方式進行??分類，主要有色散型成像光譜儀（棱鏡分光、光柵分光）、層析成像光譜儀、傅??里葉型變換光譜儀、濾光片光譜儀（可調(diào)諧濾光片、光楔濾光片）以及采用衍射??光學(xué)元件的成像光譜儀等Ｆ１。本文所述光譜儀采用的是大氣遙感領(lǐng)域應(yīng)用最多??的色散型成像方式。??成像光譜儀的工作原理如圖１－１所示，物空間的光輻射進入成像光譜儀，由??成像光譜儀對物空間的一列圖像信息進行光譜分光，獲取該列的光譜信息。通過??行方向的掃描，得到整個空間區(qū)域的光譜圖像立方體。??Ｍ入３?■???｜叫Ａｌ??ｈ?ｈ?—｜??［Ｖ?八２??入１入２入３????入ｎ?Ａ３??ｌ?，?ｓ｜?ｍｙｔ?Ｉ，?Ｎ??Ａｉ?Ａ２?Ａ３?Ａｎ?１?，?Ｗ．?，、？?１??—］／?ＩＩＨ－?ｌｂ．．．????譜僅?；??＿＾?．?空間維■、??、?Ａ??掃描方向???ＩＨ??１譜維??圖１－１成像光譜儀的工作原理??成像光譜儀的結(jié)構(gòu)簡圖如圖１－２所示，主要由前置望遠部分、光譜分光部分??以及成像探測器組成［１８１。觀測區(qū)域散射、反射光通過前置光學(xué)系統(tǒng)在狹縫平面成??像，狹縫此時起到光闌的作用，使地面條帶的像通過，而擋掉其他部分的像。從??狹縫射出的光線經(jīng)準直鏡后照射到色散元件（一般為反射式光柵）上，色散元件??將光線進行光譜分光，產(chǎn)生垂直于狹縫方向的光譜分布。展開后的光譜圖像經(jīng)過??物鏡匯聚，成像在面陣探測器上。面陣探

?第１章緒論???運：：ｖ丨編??麵區(qū)域ｉｔ置光學(xué)系＠縫『聚鏡色散系統(tǒng)麗探漏＿??圖１－２成像光譜儀光學(xué)原理圖??面陣探測器上各個像元獲得的是狹縫上各點的光譜信息。面陣探測器上的像??元點陣與狹縫平面上的狹縫長度方向同向的維度是空間維，與狹縫長度方向垂直??的維度是空間維。以采用１０２４＊１０２４像元面陣ＣＣＤ作為圖像探測器為例，每拍??攝一幅圖像即獲得一個線陣條帶的地理信息（１０２４點）和各點的光譜信息（１０２４??條光譜）。??成像光譜儀每次對地拍攝只能對應(yīng)一個地面條帶的光譜數(shù)據(jù)，因此需要通過??掃描才能對完整的觀測區(qū)域進行探測。當(dāng)成像光譜儀搭載于低軌衛(wèi)星平臺時，由??于其與地面存在相對運動，通過連續(xù)推掃成像的方式即可實現(xiàn)對二維空間的掃描，??從而獲得探測區(qū)域的圖像，即通過連續(xù)式的圖像采集可以獲取目標區(qū)域的圖像數(shù)??據(jù)。??１．２．３靜止軌道成像光譜儀介紹??本文所述光譜儀將搭載于靜止軌道三軸式穩(wěn)定衛(wèi)星平臺，衛(wèi)星平臺對地面保??持靜止，因此無法實現(xiàn)類似于低軌成像光譜儀的對地推掃過程。若不存在掃描機??構(gòu)則光譜儀視軸對地保持靜止，只能獲得地面一個條帶的圖像。為了獲取區(qū)域范??圍的圖像需要通過沿垂直條帶方向的掃描進行掃描，該靜止軌道成像光譜儀進行??東西方向擺掃觀測如圖１－３所示。從掃描起始點開始，成像光譜儀視軸每次旋轉(zhuǎn)??一個步進角后保持靜止，成像系統(tǒng)對一個條帶進行光譜圖像獲取（成像幅數(shù)以及??單次曝光時間由地面反射光強決定）；圖像獲取結(jié)束后繼續(xù)轉(zhuǎn)動一個步進角重復(fù)??指向下一個條帶位置繼續(xù)成像，直到完成區(qū)域范圍內(nèi)的掃描后回到掃描起始點。??５??


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