CN112596095B - 一种星载多探头电离层成像仪装置 - Google Patents

一种星载多探头电离层成像仪装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于空间光探测和星载探测装置技术领域，具体涉及一种星载多探头电离层成像仪装置，所述装置包括：第一相机、第二相机、第三相机、光度计、主框架。所述第一相机、第二相机以及第三相机工作不同的波段，对电离层形成不同通道的成像；所述光度计测量视场内的光照强度，判断日夜交变；所述主框架用于固定三个相机与光度计，并提供散热功能。采用该装置解决了电离层探测需要滤光片轮切换所带来的可靠性差的问题，以及不同通道的探测时间不一致的问题。

Description

一种星载多探头电离层成像仪装置
技术领域
本发明属于空间光探测和星载探测装置技术领域，具体涉及一种星载多探头电离层成像仪装置。
背景技术
电离层是人类空间活动最重要的区域之一，它是在太阳X射线、EUV等辐射作用下，离地面约60-1000km高度上地球中性大气被部分电离而形成的区域。在这一区域除了中性大气外，还存在大量的、能显著影响无线电波传播的自由电子和离子。
随着遥感技术日益成熟，人类的航天活动越来越多，电离层与人类生活联系得越来越紧密。无线电通信、广播、卫星导航、雷达定位等都主要集中在这一区域，电离层暴(太阳黑子活动、地震前后断裂带释放上升强带电粒子流等)和电离层人为突然扰动(如核***、大功率发射机对电离层加热等)，都将对电离层通信和广播造成严重影响，甚至信号中断；电离层中离子分布的特征可以反映地球磁场的变化，间接预测地震等气象地质灾害的发生；电离层还是远程导弹、低轨卫星和空间站的主要运行场所，其环境的好坏将直接影响运行在其中的飞行器的寿命、功能实现以及宇航员的生命健康安全。因此，监测和预报电离层状态、研究电离层变化规律，不仅有助于推动地球科学领域相关的电离层理论发展，还有助于分析引发电离层异常的因素、预测电离层扰动可能造成的灾害，对国防安全、灾害监测以及电力供应和无线电通信等日常生活领域有着不可替代的实际意义和战略目的。
电离层成像仪是常见的探测装置。为了获取不同波段的信息，常见的探测方式是在成像仪中内嵌滤光片轮装置，在探测过程中切换通道。由于引入了活动机构，所以在轨运行的可靠性低于非活动结构。此外，滤光片的切换，使得不同通道的时间连续性无法保证，所以对应的同一通道的时间分辨率降低。
发明内容
本发明的目的在于，为了解决电离层探测可靠性和多通道探测时间连续性的问题，本发明提出了一种星载多探头电离层成像仪装置，该装置具有大视场、多通道、高分辨率的特点。
为了实现上述目的，本发明提出了一种星载多探头电离层成像仪装置。所述装置包括：第一相机1、第二相机2、第三相机3、光度计4、主框架6；
其中，第一相机1、第二相机2和第三相机3呈三角分布设置在主框架6上，光度计4设置于第一相机1、第二相机2和第三相机3形成的三角中心；
所述第一相机1、第二相机2以及第三相机3结构相同但波段工作不同，对电离层形成不同通道的成像；所述光度计测量视场内的光照强度，判断日夜交变；所述主框架6用于固定三个相机与光度计4，并提供散热功能。
作为上述技术方案的改进之一，所述主框架6还包括散热板5，所述散热板位于第二相机2和第三相机3的一侧。
作为上述技术方案的改进之一，所述第一相机1、第二相机2和第三相机3均还包括：依次连接为相机遮光罩10、第一隔片11、第一压圈12、第二反射镜14、镜筒17、第一反射镜13、前遮光筒18、第四反射镜16、第一隔圈19、后遮光筒20、第二压圈21、第二隔片22、第三反射镜15和探测器组件23。
作为上述技术方案的改进之一，所述第一相机1工作波段为135.6±5nm；所述第二相机2工作波段为140-160nm；所述第三相机3工作波段为160-180nm。
作为上述技术方案的改进之一，所述相机1、相机2以及相机3，光学***为同轴四反光学***。
作为上述技术方案的改进之一，所述光度计4还包括光度计遮光罩24、光度计镜框25、第五反射镜26、第六反射镜27、第七反射镜28、第八反射镜29、第一压片30、第二压片31、第三压片32、第四压片33、管座34、光电倍增管35、第三压圈36；其中，
所述光度计遮光罩24固定于主框架6，所述光度计镜框25用于安装第五反射镜26、第六反射镜27、第七反射镜28和第八反射镜29；
所述第一压片30、第二压片31、第三压片32、第四压片33压住第五反射镜26、第六反射镜27、第七反射镜28和第八反射镜29；
所述第一压片30与管座34连接；
所述光电倍增管35通过第三压圈36支撑与管座34内；
所述光电倍增管35采用端窗型结构；
所述光度计4的工作波段为135.6±5nm。
作为上述技术方案的改进之一，所述主框架6还包括散热板5、安装口7、安装脚9。
作为上述技术方案的改进之一，所述相机遮光罩10、前遮光筒18以及后遮光筒20的表面均喷涂消光材料，吸收系数大于0.98。
所述消光材料为本领域公知的材料。
作为上述技术方案的改进之一，所述第一反射镜13、第二反射镜14、第三反射镜15以及第四反射镜16的表面均镀有多层介质膜，带内反射率大于0.8，带外反射率小于0.1
作为上述技术方案的改进之一，所述同轴四反光学***，所述第一反射镜13、第二反射镜14和第三反射镜15中，至少有一个为非球面镜，其他为球面镜；第四反射镜16为平面镜。
作为上述技术方案的改进之一，所述第五反射镜26、第六反射镜27、第七反射镜28和第八反射镜29至少一个为球面镜，其他为平面镜；
所述第五反射镜26、第六反射镜27、第七反射镜28和第八反射镜29的表面均镀多层介质膜，带内反射率大于0.8，带外反射率小于0.1。
作为上述技术方案的改进之一，所述的散热板5表面喷涂热控白漆，吸收率小于0.1，发射率大于0.85。
作为上述技术方案的改进之一，所述的安装口7共4个，用于安装相机的安装口7成三角分布，用于安装光度计4的安装口7位于三角中心。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明提出的一种星载多探头电离层成像仪，与现有紫外光学***相比，该装置具有大视场、多通道、高分辨率的特点。通过多个通道探测，避免使用可靠性低的滤光片轮变换光谱通道，并且可以实现同时测量，不再引入滤光片轮切换带来的时间偏差，提高了观测同一目标的时间分辨率。与一般同轴两反光学***相比，增大了视场，并且边缘视场成像质量较好。与一般成像光谱仪相比，具有更高的灵敏度。
附图说明
图1是本发明的一种星载多探头电离层成像仪的结构示意图；
图2是本发明的一种星载多探头电离层成像仪中的主框架的结构示意图；
图3是本发明的一种星载多探头电离层成像仪中的相机结构装配图；
图4是本发明的一种星载多探头电离层成像仪中的相机结构***图；
图5是本发明的一种星载多探头电离层成像仪中的相机结构剖视图；
图6是本发明的一种星载多探头电离层成像仪中的光路图；
图7是本发明的一种星载多探头电离层成像仪中的光度计结构装配图；
图8是本发明的一种星载多探头电离层成像仪中的光度计结构剖视图；
图9是本发明的一种星载多探头电离层成像仪中的光度计结构***图；
附图标记：
1、第一相机，2、第二相机，3、第三相机，4、光度计，5、散热板，6、主框架，7、安装口，8、加强筋，9、安装脚，10相机遮光罩，11、第一隔片，12、第一压圈，13、第一反射镜，14、第二反射镜，15、第三反射镜，16、第四反射镜，17、镜筒，18、前遮光筒，19、第一隔圈，20、后遮光筒，21、第二压圈，22、第二隔片，23、探测器组件，24、光度计遮光罩，25、光度计镜框，26、第五反射镜，27、第六反射镜，28、第七反射镜，29、第八反射镜，30、第一压片，31、第二压片，32、第三压片，33、第四压片，34、管座，35、光电倍增管，36、第三压圈。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供了一种星载多探头电离层成像仪装置，解决了星载成像仪瞬时视场小，多通道探测时间分辨率低、活动部件可靠性差的问题。
所述星载多探头电离层成像仪装置包括：第一相机1、第二相机2、第三相机3、光度计4、主框架6。三个相机与光度计4均固定于主框架6上。
所述第一相机1、第二相机2以及第三相机3结构相同但波段工作不同，对电离层形成不同通道的成像；所述第一相机1工作波段为135.6±5nm；所述第二相机2工作波段为140-160nm；所述第三相机3工作波段为160-180nm。
所述光度计4测量视场内的光照强度，判断日夜交变；
所述主框架6用于固定三个相机与光度计4，并提供散热功能。
如图2所示，所述的主框架6还包括散热板5、安装口7、安装脚9。主框架6为一体桁架结构，可以减轻重量的同时保证强度。散热板5与主框架6一体化，增加了导热效率。安装脚9用于将仪器固定于卫星平台。
所述的散热板5表面喷涂热控白漆，吸收率小于0.1，发射率大于0.85。散热板吸收率越低，其温度越低。散热板发射率越大，向外界辐射热量的速率越快。
如图2所示，所述的安装口7共4个，用于安装相机的安装口7成三角分布；用于安装光度计的安装口7位于三角中心。所述加强筋8用于加固散热板，避免散热板在力学振动中断裂或者变形，加强筋采用三角形结构链接散热板和框架。
如图3、图4和图5所示，所述第一相机1、第二相机2以及第三相机3，三者具有相同的结构，包括相机遮光罩10、第一隔片11、第一压圈112、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、镜筒17、前遮光筒18、第一隔圈19、后遮光筒20、第二压圈21、第二隔片22、探测器组件23。所述相机遮光罩10固定于最前端，通过螺钉固定于镜筒17上。所述第一隔片11为隔热零件，选用玻璃钢或者聚酰亚胺材质，位于相机遮光罩10和镜筒17之间。所述第一反射镜13和第四反射镜16固定于前遮光筒18上，使用粘接胶固定。所述第二反射镜14与第三反射镜15分别安装在镜筒17的前端和后端，通过粘接胶固定。所述第一压圈12和第二压圈21通过螺纹紧固与镜筒17上，仅对第二反射镜14和第三反射镜15起限位作用，不起紧固作用。相机遮光罩10、相机组件一起通过螺钉固定于镜筒17上。相机组件与相机遮光罩17之间通过第二隔片22分隔。
所述相机遮光罩10、前遮光筒18以及后遮光筒20，其作用为抑制杂散光，所以表面喷涂消光材料，吸收系数大于0.98。吸收系数越大，消光效果越好。
如图6所示，所述第一相机1、第二相机2以及第三相机3，光学***均为同轴四反光学***。同轴四反光学***比一般的两反光学***能够实现更大的视场和成像质量。
所述同轴四反光学***，第一反射镜13、第二反射镜14以及第三反射镜15中，至少有一个为非球面镜，其他为球面镜；所述第四反射镜16为平面镜。
所述的第一反射镜13、第二反射镜14、第三反射镜15以及第四反射镜16的表面均镀有多层介质膜，带内反射率大于0.8，带外反射率小于0.1
如图7、图8和图9所示所述的光度计4包括光度计遮光罩24、光度计镜框25、第五反射镜26、第六反射镜27、第七反射镜28、第八反射镜29、第一压片30、第二压片31、第三压片32、第四压片33、管座34、光电倍增管35、第三压圈36。所述光度计遮光罩24固定于主框架6，不和光度计框25相连。所述光度计镜框25用于安装第五反射镜26、第六反射镜27、第七反射镜28以及第八反射镜29；所述第一压片30、第二压片31、第三压片32、第四压片33将反射镜压住，通过螺钉固定于光度计镜框25。所述光电倍增管35采用端窗型结构，通过第三压圈36支撑与管座34内，再通过硅橡胶粘接。光电倍增管35与管座34之间填充满硅胶，可以起到减震作用。
所述光度计工作波段为140-180nm，该波段仅在夜间存在，所以当光度计无响应时，可判断为白天。判断为白天状态时，所有相机有夜间模式切换为白天模式。白天模式下，仅第一相机1工作，第二相机2与第三相机3关机。
所述的第五反射镜26、第六反射镜27、第七反射镜28以及第八反射镜，反射镜至少一个为球面镜，其他为平面镜。所述反射镜表面镀有多层介质膜，带内反射率大于0.8，带外反射率小于0.1。
所述成像仪安装在卫星平台，其指向一般为地心，特殊情况指向极光区域。电离层气辉和极光为观测对象，通过成像仪将观测对象成像到相面。相面处安装探测器组件23，负责收集信号，探测器组件23一般为增强型探测器。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种星载多探头电离层成像仪装置，所述装置包括：第一相机(1)、第二相机(2)、第三相机(3)、光度计(4)和主框架(6)；
其中，第一相机(1)、第二相机(2)和第三相机(3)呈三角分布设置在主框架(6)上，光度计(4)设置于第一相机(1)、第二相机(2)和第三相机(3)形成的三角中心；
所述第一相机(1)的工作波段为135.6±5nm；所述第二相机(2)的工作波段为140-160nm；所述第三相机(3)的工作波段为160-180nm；
所述第一相机(1)、第二相机(2)和第三相机(3)的结构均包括：依次连接为相机遮光罩(10)、第一隔片(11)、第一压圈(12)、第二反射镜(14)、镜筒(17)、第一反射镜(13)、前遮光筒(18)、第四反射镜(16)、第一隔圈(19)、后遮光筒(20)、第二压圈(21)、第二隔片(22)、第三反射镜(15)和探测器组件(23)；
所述第一反射镜(13)、第二反射镜(14)和第三反射镜(15)中，至少有一个为非球面镜，其他为球面镜；所述第四反射镜(16)为平面镜；
所述第一反射镜(13)、第二反射镜(14)、第三反射镜(15)和第四反射镜(16)的带内反射率大于0.8，带外反射率小于0.1。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主框架(6)还包括散热板(5)，所述散热板位于第二相机(2)和第三相机(3)的一侧；
所述散热板(5)表面喷涂热控白漆，吸收率小于0.1，发射率大于0.85。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一反射镜(13)、第二反射镜(14)、第三反射镜(15)和第四反射镜(16)的表面镀均有多层介质膜。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相机遮光罩(10)、前遮光筒(18)和后遮光筒(20)的表面均喷涂消光材料，吸收系数大于0.98。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光度计(4)包括光度计遮光罩(24)、光度计镜框(25)、第五反射镜(26)、第六反射镜(27)、第七反射镜(28)、第八反射镜(29)、第一压片(30)、第二压片(31)、第三压片(32)、第四压片(33)、管座(34)、光电倍增管(35)、第三压圈(36)；其中，
所述光度计遮光罩(24)固定于主框架(6)，所述光度计镜框(25)用于安装第五反射镜(26)、第六反射镜(27)、第七反射镜(28)和第八反射镜(29)；
所述第一压片(30)、第二压片(31)、第三压片(32)、第四压片(33)压住第五反射镜(26)、第六反射镜(27)、第七反射镜(28)和第八反射镜(29)；
所述第一压片(30)与管座(34)连接；
所述光电倍增管(35)通过第三压圈(36)支撑与管座(34)内；
所述光电倍增管(35)采用端窗型结构；
所述光度计(4)的工作波段为135.6±5nm。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第五反射镜(26)、第六反射镜(27)、第七反射镜(28)和第八反射镜(29)至少一个为球面镜，其他为平面镜；
所述第五反射镜(26)、第六反射镜(27)、第七反射镜(28)和第八反射镜(29)的表面均镀多层介质膜，带内反射率大于0.8，带外反射率小于0.1。
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