申请/专利权人：中国科学院合肥物质科学研究院

申请日：2023-12-13

公开（公告）日：2024-03-12

公开（公告）号：CN117387758B

主分类号：G01J3/02

分类号：G01J3/02;G01J3/10;G01J3/28

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.12#授权;2024.01.30#实质审查的生效;2024.01.12#公开

摘要：本发明公开了一种标准参考板模拟月球微光辐射定标系统及方法，属于卫星遥感载荷标定技术领域。该系统包括小标准参考板、激光跟踪仪、激光水平仪、平面反射镜、标准灯、待定标月球光谱辐照度仪、五维调整台。本发明通过标准灯照射小标准参考板的方式模拟月球，通过激光跟踪仪对标准灯和待定标微光光谱辐照度仪三维建模的方式，求得标准灯与标准参考板法线夹角以及相互之间的距离。根据定标公式，本发明直接将定标误差转换为距离测量误差，解决了标准灯传递微光灯传递链路复杂引起的定标不确定度增大的问题；本发明简易且装调操作简单，具有较高的精度，为微光类辐射定标提供了一种新思路。

主权项：1.一种标准参考板模拟月球微光辐射定标系统的定标方法，其特征在于，定标系统包括激光跟踪仪、小标准参考板、第一激光水平仪、第二激光水平仪、标准灯、待定标月球光谱辐照度仪；标准灯放置在与小标准参考板法线夹角为45°且距离小标准参考板d0的位置，待定标月球光谱辐照度仪放置在小标准参考板法线上、且距离小标准参考板d1的位置；第一激光水平仪放置在小标准参考板与待定标月球光谱辐照度仪之间，第二激光水平仪放置在小标准参考板与标准灯之间；激光跟踪仪放置在光学平台的旁侧；还包括第一平面反射镜、第二平面反射镜、第一挡板、第二挡板、狭缝；在小标准参考板的机械固定件上贴上第一平面反射镜，待定标月球光谱辐照度仪贴上第二平面反射镜；标准灯前侧放置带有狭缝的第一挡板，并使狭缝的中心与标准灯的中心在与小标准参考板的法线夹角为45°的延长线上，在标准灯与小标准参考板法线之间放置第二挡板，防止标准灯发出的光直接进入待定标月球光谱辐照度仪；所述第一激光水平仪发出的光线分别照射小标准参考板与待定标月球光谱辐照度仪，便于调节小标准参考板与待定标月球光谱辐照度仪，使得小标准参考板与待定标月球光谱辐照度仪同等高度，同时利用平面反射镜的反射原理，调整小标准参考板与待定标月球光谱辐照度仪中心法线重合；所述定标方法包括如下步骤：步骤1、计算标准灯、小标准参考板以及待定标月球光谱辐照度仪的位置关系的理论值，包括：当标准灯所发出的光传播到小标准参考板之后，待定标月球光谱辐照度仪的探测镜头视场所看面积占半球空间的面积即为能量，待定标月球光谱辐照度仪处的辐照度根据下式计算： ，其中，代表小标准参考板接收的总能量；代表待定标月球光谱辐照度仪镜头视场所接收的能量；E0为距离标准灯d0处小标准参考板所处位置的辐照度；S探测镜头为待定标月球光谱辐照度仪探测镜头所看面积；S半球空间为以小标准参考板为球心的半球空间表面积；E1为距离小标准参考板d1处的辐照度值；S0为小标准参考板的面积；根据上式得到待定标月球光谱辐照度仪的探测镜头处的辐照度，即距离小标准参考板d1处的辐照度值E1为下式： ，其中，E500为距离标准灯500mm处的辐照度值，是已知值；R0为小标准参考板的半径；由上式推出d0d1，决定距离小标准参考板d1处的辐照度值E1的量级；根据标准灯照度与月球照度的差值，按照105倍进行衰减；所使用的小标准参考板的直径为27mm，d0取值为500mm，标准灯与小标准参考板的连线与小标准参考板的法线夹角为45°，待定标月球光谱辐照度仪的探测镜头的直径为66mm，代入上式进行计算得到d1为3200mm；根据几何关系计算，待定标月球光谱辐照度仪对小标准参考板的张角β为0.48°；小标准参考板传播到探测镜头的半角α为0.36°，对应的传播到标准灯位置处的横向距离X1为1572mm；标准灯与小标准参考板的法线距离X0为353.55mm；待定标月球光谱辐照度仪的全视场角是1°，半视场角为0.5°，则待定标月球光谱辐照度仪在标准灯处看到的横向距离X2为57.84mm，在小标准参考板看的横向距离X3为60mm；步骤2、安装使用小标准参考板模拟月球的微光辐射定标系统，包括：将小标准参考板固定之后，将标准灯放置在与小标准参考板的法线夹角45°的方向上500mm位置处，并将第二激光水平仪放置在小标准参考板与标准灯之间；将待定标月球光谱辐照度仪放置在小标准参考板法线方向上、且距离小标准参考板3200mm的位置，并将第一激光水平仪放置在小标准参考板与待定标月球光谱辐照度仪之间；将激光跟踪仪放置在光学平台的旁侧，并选取尺寸为0.5″的激光靶球作为三维建模的跟踪目标；步骤3、调节小标准参考板与标准灯的位置，包括：将小标准参考板所在位置作为基准；调节第一激光水平仪与第二激光水平仪，使两者所发出的水平线重合并与小标准参考板的水平中心线同高，两者所发出的竖直线夹角为45°；通过调节第一调整台，使标准灯的灯丝中心与第二激光水平仪水平线在同一高度；并且标准灯的灯丝与小标准参考板的中心竖直线连线与第二激光水平仪的竖直线重合，保证标准灯的中心、小标准参考板的中心连线与小标准参考板的法线夹角在45°；步骤4、调节小标准参考板与待定标月球光谱辐照度仪的位置，包括：打开第一激光水平仪发射水平、竖直激光线，调节五维调整台，使待定标月球辐照度仪的探测镜头的中心与水平、竖直激光线重合；通过观察第二平面反射镜，调节第二调整台与五维调整台的俯仰和旋转，分别使第一平面反射镜、第二平面反射镜反射的光线与第一激光水平仪直接传播的光线重合；保证小标准参考板的中心法线、与待定标月球辐照度仪的探测镜头的中心法线重合，实现待定标月球辐照度仪的探测镜头所在平面与小标准参考板所在平面平行且中心对齐；步骤5、用激光跟踪仪进行三维建模得到角度参数和距离参数，包括：打开激光跟踪仪，根据被测对象选取激光靶球，将激光跟踪仪所发激光与激光靶球进行连接，手持激光跟踪仪的激光靶球，紧贴标准灯和小标准参考板的外围进行三维轮廓建模，根据计算机输出的数值，实时调节第一调整台，使标准灯的灯面法线与小标准参考板的法线夹角为45°，两者的距离d0为500mm；对待定标月球光谱辐照度仪的探测镜头进行扫描，精准读出小标准参考板的中心到探测镜头的中心的距离；步骤6、进行微光光源辐射定标，包括：已知小标准参考板距离标准灯的距离和夹角，并且根据激光跟踪仪测得的距离d1是已知的，代入求出待定标月球光谱辐照度仪的探测镜头处的辐照度E1；由于待定标月球光谱辐照度仪的探测镜头处的辐照度值E1已知，其输出的信号响应DN值已知，根据定标公式（13）求出待定标月球光谱辐照度仪的定标系数； （13）其中，E1λ为距离小标准参考板d1位置处的辐照度值；DNEaλ为待定标月球光谱辐照度仪测得的输出信号响应值；REaλ为该待定标月球光谱辐照度仪的定标系数。

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