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专利号: 2020114905654
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于临近空间探测的分体式光谱温度仪,其特征在于:包括收光子系统(1)和光谱检测子系统(2);

收光子系统(1)包括进光筒(3)、嵌于进光筒内壁的若干第一遮光环(4)、以及设于进光筒内部的菲涅尔透镜(5)和光纤光锥(6),光纤光锥(6)位于菲涅尔透镜(5)的下方;第一遮光环(4)的内环通孔直径由上至下逐渐减小,且构成的倾斜角度与收光子系统(1)的观测立体角相同;光纤光锥(6)的大端面朝向菲涅尔透镜(5),光纤光锥的小端面远离菲涅尔透镜并与导光管(8)相连;

光谱检测子系统包括从上至下依次设置的圆顶积分球(9)、环形照明光纤(10)、主光路遮光筒(21)和成像系统;主光路遮光筒的顶端设有视场光阑(11),中部固定有主透镜(13),底端设有窄带干涉滤光片(14),主光路遮光筒的内壁嵌有若干第二遮光环(12);主透镜的上方和下方均设有第二遮光环,上下两部分遮光环的内环通孔构成的倾斜角度与主体光路立体角相同;

环形照明光纤(10)设有第一连接端口和第二连接端口,导光管(8)通过第一连接端口与环形照明光纤(10)相连,第二连接端口连接有光纤(17),光纤的另一端与定标灯(18)相连。

2.根据权利要求1所述的用于临近空间探测的分体式光谱温度仪,其特征在于:导光管(8)导出的接收光传至环形照明光纤(10),并将光束沿环形照明光纤(10)末端出口处引入到圆顶积分球(9)中,通过反复漫散射使得视场光阑(11)处得到强度均匀的圆形平面光源;

光源进入遮光筒(21),将视场光阑(11)处的平面发散光源转换为进入窄带干涉滤光片(14)的不同角度的平行光束,后透过窄带干涉滤光片(14)进行成像。

3.根据权利要求1所述的用于临近空间探测的分体式光谱温度仪,其特征在于:光纤光锥(6)的小端面与光纤端帽(7)连接,光纤端帽(7)的尾端连接有导光管(8),光纤端帽(7)和导光管(8)的连接处位于进光筒(3)的底端,并密封于进光筒中。

4.根据权利要求1所述的用于临近空间探测的分体式光谱温度仪,其特征在于:成像系统包括成像透镜(15)和CCD传感器(16),成像系统将透过窄带干涉滤光片(14)后的不同角度的平行光束会聚于CCD传感器(16)的成像面。

5.根据权利要求1所述的用于临近空间探测的分体式光谱温度仪,其特征在于:收光子系统的进光筒(3)配合菲涅尔透镜(5)和光纤光锥(6)的大端面,形成在天顶方向±11°~±

15°的观测立体角。

6.根据权利要求1所述的用于临近空间探测的分体式光谱温度仪,其特征在于:第一遮光环的数量为6~10个,第二遮光环的数量为8~10个。

7.根据权利要求1所述的用于临近空间探测的分体式光谱温度仪,其特征在于:所述光谱检测子系统的外部设有带隔热层的罩壳(19),罩壳的侧壁安装有制冷装置(20),遮光筒外壁安装有温湿传感器(22);遮光筒(21)与成像系统之间设有滤光片轮(24),滤光片轮位于制冷装置的出风口轴线上。

8.一种基于权利要求1~7任一项所述的用于临近空间探测的分体式光谱温度仪的大气温度反演方法,其特征在于:反演方法包括如下步骤:(1)将不同的大气温度TA‑i作为正演模型的输入参数,输入TA‑i后,正演模型输出不同温度TA‑i对应的模拟仿真图像,同时计算出各个正演合成光谱SF‑i;

(2)将探测的实际观测结果输入至反演算法中,并通过计算输出实际合成光谱SR;

(3)将每一个正演合成光谱SF‑i与实际合成光谱SR作差,获得正演与实际合成光谱SF‑i与SR的差值,并对所有逐点差值的绝对值做平均,从而得到一组差值DfF‑i;

(4)取DfF‑i中的最小差值Dfmin,并确定Dfmin对应的序号i的数值,则i值所对应的TA‑i即为单次合成光谱差值循环得到的临近空间大气温度。

9.根据权利要求8所述的大气温度反演方法,其特征在于:反演方法还包括如下步骤:

(1)将不同的滤光片温度TF‑j作为正演模型的输入参数,输入TF‑j后,正演模型输出不同滤光片温度TF‑j对应的模拟仿真图像,同时计算出各个正演合成光谱SF‑j;

(2)将探测的实际观测结果输入至反演算法中,并通过计算输出实际合成光谱;

(3)将每一个正演合成光谱SF‑j与实际合成光谱SR作差,获得正演与实际合成光谱SF‑j与SR的差值,从而得到一组差值DfF‑j;

(4)取DfF‑j中的最小差值Dfmin,并确定Dfmin对应的序号j的数值,则j值所对应的TF‑j即为单次合成光谱差值循环得到的滤光片温度。

10.根据权利要求9所述的大气温度反演方法,其特征在于:反演方法还包括如下步骤:

(1)将不同滤光片温度单次循环获得的TF‑j作为给定的滤光片温度TF带入到不同大气温度单次循环的流程中,从而计算出大气温度TA,并在固定TA的基础上,再次执行不同滤光片温度的循环计算,从而得到一个新的滤光片温度TF‑new;

(2)计算TF‑new与TF的差值△TF;当△TF小于或等于设定的阈值Pstop,则终止循环,对应的TA即为最终反演得到的临近空间大气温度;当△TF大于设定的阈值Pstop,则开启第二次循环,并用TF‑new取代TF最为初始值,经过多次循环直至新的△TF小于或等于阈值Pstop。