CN116519137A - 一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置及方法，属于偏振辐射遥感领域，装置包括测量探头、下位机控制***、二维转台、底座与数据传输接口和上位机；使协同式天光背景辐射偏振测量装置初始化，偏振轮归零位，双路光谱仪采集暗噪声；然后选择测量模式，进行测量；最后将双路光谱仪和分焦平面偏振相机采集的各波段光谱偏振数据通过数据线发送至上位机，根据测量原理对原始光谱光强数据进行计算，最终得到偏振度与偏振方位角。本发明能够对全天空进行光谱‑偏振采集和成像，装置集成了分时法和分焦平面法偏振测量的优势，既具有定向定点测量、光谱范围广、全天候自动化测量等优点，同时也使得偏振数据具备了同一时空特性。

Description

一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置及方法

技术领域

本发明属于偏振辐射遥感领域，具体涉及一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置及方法。

背景技术

天光背景辐射参数是大气光学特性的重要参数之一，由于天空中存在着大气分子和气溶胶粒子，这使得太阳光从非偏振状态经散射形成偏振光，且呈现一定的分布规律，蕴含偏振度和偏振角信息。天空背景辐射偏振的空间分布特征又包括对称性、中性点、天顶、太阳位置等，但其在获取上很容易受到复杂的变化的大气状况影响，及受限实际检测技术手段，这成为限制其在地基遥感有效检测和观测的重要因素。目前主要的偏振测量方法有分时法，分振幅法，分孔径法以及分焦平面法，其中分时法广泛应用于国内外气溶胶偏振观测网中，但是这类仪器难以克服恶劣、复杂的环境，鲁棒性不高，且由于分时法是在不同的时刻得到不同方向的光强响应，故只适用于静态场景。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置及方法， 集成分时法和分焦平面法偏振测量的优势，实现定向定点测量、全天候自动化测量，所得偏振数据具有同一时空特性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，包括测量探头、下位机控制***、二维转台、底座与数据传输接口和上位机；所述测量探头固定在支架的俯仰轴上，依靠对称U型的二维转台来支撑和驱动；测量探头前端装配三个平行光筒，分别为偏振成像光筒、可见光测量光筒和近红外测量光筒；测量探头内部分别对应三个平行光筒安装分焦平面偏振相机、偏振轮和双路光谱仪。

进一步地，所述偏振轮上设置12个孔位，分别为1对实心孔、1对偏振片孔、1对偏振片孔、1对通孔、1对/>偏振片孔、1对/>偏振片孔，每对孔位中心对称安装，用于测量暗噪声、四组偏振辐射和背景光。

进一步地，所述偏振成像光筒的头部安装鱼眼镜头，中部嵌入带通滤光片，后端接入分焦平面偏振相机；所述鱼眼镜头具有的视野，锁定光圈控制和固定焦点，用于捕捉整个天空的图像；带通滤光片的中心波长选用405nm、450nm、550nm、660nm和850nm五个波段，半高宽FWHM为10nm，探测从可见光到近红外波长区间的偏振光；所述分焦平面偏振相机用于天光背景辐射偏振成像，具有500万像素的黑白的CMOS传感器，所述分焦平面偏振相机的靶面上集成微透镜阵列和偏振片阵列。

进一步地，所述偏振片阵列由四个方向的线栅偏振片组成，分别具有、/>、/>和/>透射轴，每个像素对应一个偏振方向，四组偏振方向的像素组成一个超级像素元进行成像计算；当入射光到达偏振片阵列时，偏振方向垂直于线栅轴的部分通过偏振片阵列并被CMOS传感器中的光电二极管接收，平行于线栅轴的部分被反射和吸收。

进一步地，所述分焦平面偏振相机采用全局快门同时扫描整个视场，适合实时全天空成像。

进一步地，所述可见光测量光筒和近红外测量光筒用于天光背景辐射偏振数据的采集，由视场光阑组和透镜、不同角度的偏振片、导光光纤和双路光谱仪组成；双路光谱仪采集光谱范围为400~1100nm，分辨率优于1nm；可见光测量光筒和近红外测量光筒的接收视场为，背景辐射通过防尘窗口后，视场光阑组的前后视场光阑和孔径光阑用于限制视场以及光通量；光路焦距为136mm，相应的太阳光斑大小为1.26mm，双路光谱仪的感光面不小于2.5mm。

进一步地，可见光测量光筒和近红外测量光筒以及多级视场光阑均经过发黑处理，保证视场角外的漫射杂散光不能进入光路。

进一步地，偏振轮由42型步进电机驱动旋转，所述偏振轮上设置狭缝，安装PNP型光电开关，偏振轮从PNP型光电开关中间通过，遇到狭缝时，PNP型光电开关输出高电平信号“1”，此信号被下位机控制***采集到，偏振轮的42型步进电机停止转动，并将此处设为零位；偏振轮进行发黑处理，减小光反射对测量造成的干扰。

进一步地，所述二维转台包括电机、编码器和驱动器；所述电机为水平与俯仰电机，选用直流无刷力矩电机，峰值转矩，连续堵转转矩/>；所述编码器选用圆光栅的绝对式光栅***作为角度编码器，形成绝对式光电编码器，通过光码盘对电机上每一个位置进行编码；所述驱动器与下位机之间采用CANopen协议进行通信；驱动器在伺服模块中连接下位机控制***与编码器，一方面接收下位机传来的指令驱动电机转动相应的角度，一方面通过读取绝对式光电编码器的数据获取当前三维转台的位置回传给下位机，便于下位机检查电机是否到达目标位置。

进一步地，所述底座与数据传输接口用于供电、相机数据传输和上位机、下位机通讯；上位机、下位机通过网线进行连接，使用TCP/IP协议进行数据通讯。

本发明还提供一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一：搭建协同式天光背景辐射偏振测量装置，移动底座使其水平朝南，上电启动；

步骤二：使协同式天光背景辐射偏振测量装置初始化，偏振轮归零位，双路光谱仪采集暗噪声；

步骤三：选择测量模式，进行测量，所述测量模式包括定点测量、太阳子午线扫描、全天空扫描、全天空成像；

步骤四：将双路光谱仪和分焦平面偏振相机采集的各波段光谱偏振数据通过数据线发送至上位机，根据测量原理对原始光谱光强数据进行计算，最终得到偏振度与偏振方位角。

进一步地，所述定点测量中，二维转台运行至所需测量的天空方位，偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强；每一个位置处偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强；

所述太阳子午线扫描中，通过视日轨迹法和鱼眼成像跟踪方法定位太阳和太阳子午线，太阳子午线指的是连接地球北极点、太阳和南极点的弧线；设定非均等步长，越靠近太阳步长越大，二维转台运行使测量探头分步扫描太阳子午线，偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强；

所述全天空扫描中，定位太阳方位为水平方位起始点，设定水平、俯仰非均等步长，越靠近太阳步长越大，二维转台运行使测量探头分步扫描天空半球，在每一个位置处偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强；

所述全天空成像中，当二维转台驱动测量探头指向天顶时，分焦平面偏振相机捕捉全天空光谱偏振图像，使用像素分割算法将一个超级像素元划分为四个像素单元，具有相同偏振方向的像素单元组合形成四个偏振图像；通过矩阵运算求出Stokes矢量的四个分量：总光强/>，两个互相垂直的线偏振分量/>、/>，圆偏振分量/>，进而计算出每个超级像素元的线偏振度DoLP和偏振方位角AoP：

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。

进一步地，在选择测量模式为全天空成像时，分焦平面偏振相机和双路光谱仪同时工作采集全天空偏振信息。

有益效果：

本发明能够对全天空进行光谱-偏振采集和成像，测量装置集成了分时法和分焦平面法偏振测量的优势，既具有定向定点测量、光谱范围广、全天候自动化测量等优点，同时也使得偏振数据具备了同一时空特性。本发明可应用于大气偏振遥感、偏振导航、空间目标探测等领域。

附图说明

图1为本发明的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置示意图；

图2为偏振轮示意图；

图3为偏振成像光筒的成像结构示意图；

图4为本发明的一种协同式偏振型天光背景辐射测量方法流程图；

图5为定点测量流程图；

图6为全天空成像流程图；

图7为光强度图；

图8为线偏振度（DoLP）图；

图9为偏振方位角（AoP）图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图3所示，本发明的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置包括测量探头1、下位机控制***2、二维转台3、底座与数据传输接口4和上位机。所述测量探头1固定在支架的俯仰轴上，依靠对称U型的二维转台3来支撑和驱动，对称U型的结构可以减少惯性矩。测量探头1前端装配三个平行光筒，分别为偏振成像光筒5、可见光测量光筒6和近红外测量光筒7；测量探头1内部对应的安装分焦平面偏振相机10、双路光谱仪和偏振轮。偏振成像光筒5后安装分焦平面偏振相机10，可见光测量光筒6和近红外测量光筒7后安装偏振轮和双路光谱仪。所述双路光谱仪包括可见光光谱仪、近红外光谱仪。偏振成像光筒5固定在测量探头前端，包括位于头部的鱼眼镜头8、位于筒中的带通滤光片9，在其后端也就是测量探头1内部安装分焦平面偏振相机10。

如图2所示，所述偏振轮上设置12个孔位，分别是实心、偏振片、/>偏振片、/>偏振片、/>偏振片、通孔各一对，对称安装，用于测量暗噪声、四组偏振辐射和背景光。

如图1、图3所示，所述偏振成像光筒5的头部可安装鱼眼镜头8，中部可嵌入带通滤光片9，后端接入分焦平面偏振相机10。鱼眼镜头8具有宽广的视野（），可锁定光圈控制和固定焦点，用于捕捉整个天空的图像。带通滤光片9的中心波长选用405nm、450nm、550nm、660nm和850nm五个波段，半高宽FWHM为10nm，探测从可见光到近红外波长区间的偏振光。带通滤光片9的直径为24mm方便在偏振成像光筒5的C型接口（C-mount）内更换。

所述分焦平面偏振相机10用于天光背景辐射偏振成像，具有500万像素的黑白的CMOS传感器13，所述分焦平面偏振相机10的靶面上集成了微透镜阵列11和偏振片阵列12，偏振片阵列12由四个方向的线栅偏振片 (分别具有、/>、/>和/>透射轴)组成，每个像素对应一个偏振方向，四组偏振方向的像素组成一个超级像素元进行成像计算。当入射光到达偏振片阵列时，偏振方向垂直于线栅轴的部分通过偏振片阵列并被CMOS传感器13中的光电二极管接收，而平行于线栅轴的部分被反射和吸收。

所述分焦平面偏振相机10具有极低的读出噪声和较高的灵敏度，采用全局快门同时扫描整个视场，适合实时全天空成像的应用。紧凑的外型设计提供被动热管理，能够减少暗电流，且无需冷却风扇和半导体制冷片。性能参数如表1。

表1

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偏振成像光筒5同时用于太阳追踪。准确追踪太阳是测量以太阳为参照计算背景辐射偏振的基础，为了确保跟踪精度，辐射计采用天文视日轨迹法和鱼眼成像跟踪方法相结合的双模式跟踪技术。太阳跟踪算法方面，首先在上位机的软件界面设置经纬度、本地时间以及海拔等参数，***借助内置的天文视日轨迹算法算出太阳运行轨迹的高度角和方位角，驱动二维转台3旋转直到太阳的成像大致位于鱼眼镜头8的中部来完成初步跟踪。接着，分焦平面偏振相机10对鱼眼镜头8成像中的太阳进行边缘检测、计算质心位置(,/>)，将太阳光斑的质心坐标与相机图像视场中心坐标(/>, />)进行比较，得到水平与俯仰像素间距/> 其中，/>、/>分别为图像中太阳质心位置的横坐标与纵坐标，/>、/>分别为图像视场中心位置的横坐标与纵坐标，/>、/>分别为图像中太阳质心位置与视场中心位置的横坐标差值与纵坐标差值。将两像素间距转换成电机驱动步数，以此实时获取并跟踪到太阳形心位置。

所述可见光测量光筒6和近红外测量光筒7用于天光背景辐射偏振数据的采集，由视场光阑组和透镜、不同角度的偏振片、导光光纤和双路光谱仪组成。双路光谱仪采用可见光光谱仪、近红外光谱仪，采集光谱范围为400~1100nm，分辨率优于1nm。设计可见光测量光筒6与近红外测量光筒7的接收视场为，背景辐射通过防尘窗口后，视场光阑组的前后视场光阑和孔径光阑主要用于限制视场以及光通量。两级消散光视场光阑以及消色差的双胶合透镜能够有效地消除/>以外的杂散光。光路焦距设计为136mm，相应的太阳光斑大小约为1.26mm，从而选择双路光谱仪的感光面不小于2.5mm。按照以上的光路设计，既能让太阳光斑完全进入导光单元接收面，又有足够空间余量用于调节追踪光筒中的燕尾槽，减少测量光轴和跟踪光轴的平行度误差。同时，为了尽可能减小杂散光对测量数据的影响，可见光测量光筒6和近红外测量光筒7以及多级视场光阑都经过发黑处理，保证视场角外的漫射杂散光不能进入光路。

所述偏振轮由42型步进电机驱动旋转，并在偏振轮上设计狭缝，安装PNP型光电开关，偏振轮从PNP型光电开关中间通过，遇到狭缝时，PNP型光电开关输出高电平信号1，此信号将被下位机控制***2采集到，偏振轮的42型步进电机停止转动，并将此处设为零位。偏振轮上每间隔布置一个孔位，有8个中心对称的偏振片孔位，2个实心孔和2个通孔，共12个孔位组成。整个偏振轮进行了发黑处理，减小光反射对测量造成的干扰。

所述下位机控制***2是基于ARM-Linux下位嵌入式主控，调度控制二维转台3的运行和双路光谱仪的采集，接收位置信息和光谱数据发送至客户端。具体来说，下位机控制***选择32位的ARM Cortex-A7内核微处理器为中央处理单元和Linux OS为软件平台，控制主板具有UART串口，自适应以太网，USB Host接口等外设接口。所述下位机控制***2部署在二维转台3的侧臂中。

所述二维转台3可以控制测量探头1在水平轴和俯仰轴的两个正交维度上旋转，将其稳定在设定的惯性空间，从而可以完成对目标平稳精确的定位。二维转台3由电机、编码器和驱动器等部件组成,所述电机为水平与俯仰电机，选用直流无刷力矩电机，峰值转矩，连续堵转转矩/>。所述编码器选用圆光栅的绝对式光栅***作为角度编码器，形成绝对式光电编码器，通过光码盘对电机上每一个位置进行编码，因而编码器读出的角度位置具有唯一性，不需要在每次上电时确定参考点和时时计数，因此无论是抗干扰能力还是数据的可靠性都大大提高。

所述驱动器与下位机之间采用CANopen协议进行通信。驱动器在伺服模块中连接下位机与绝对式光电编码器，一方面接收下位机传来的指令驱动电机转动相应的角度，一方面通过读取编码器的数据获取当前三维转台3的位置回传给下位机，便于下位机检查电机是否到达目标位置，形成闭环。

所述底座与数据传输接口用于供电、相机数据传输和上位机、下位机通讯。上位机、下位机通过网线进行连接，使用TCP/IP协议进行数据通讯。

装置性能指标如表2。

表2

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本发明还提供一种协同式偏振型天光背景辐射测量方法，其原理为：

在偏振遥感领域，通常将Stokes矢量写为/>，表示总光强，/>、/>分别为两个互相垂直的线偏振分量，/>为圆偏振分量，由于天空偏振光圆偏振光分量很少，因此在测量中可以将/>分量忽略，即/>。

对于一束偏振光入射到光学元件、线性偏振片或光学***上时，通过Mueller矩阵来描述偏振器件或光学***对入射光的改变。用表示入射光的Stokes矢量，/>表示出射光的Stokes矢量，/>表示偏振器件或光学***的Mueller矩阵，/>，即：

，

其中，（i=0,1,2,3; j=0,1,2,3）描述了输入偏振态与输出偏振态之间的关系。

因此对于任意一束入射光，当偏振器件或光学***的Mueller矩阵可知时，其出射光的偏振态都可以获知，通过光谱仪测试出射光的光强，选用线性偏振片为理想的光学偏振器件，当偏振器件的主透光轴与参考轴的夹角为时，光学偏振器件的Mueller矩阵可表示为：

，

Stokes矢量的第一行为入射光的总光强,这里表示为，通过光谱仪可以测得：

，

由于, />,/>为未知参量，代入三个不同的/>值即可反算出未知数。本发明中，/>分别取/>、/>、/>和/>进行其中三次测量即可，将测试结果代入上式可得：

，

其中，、/>、/>和/>分别为偏振片的主透光轴与参考轴的夹角为/>、/>、/>和/>时光谱仪测得的光强值，整理方程组：

，

分量也可以表示成/>，代入：

，

，

即可求得偏振度与偏振方位角/>。

如图4所示，本发明的一种协同式偏振型天光背景辐射测量方法包括如下步骤：

步骤一：搭建协同式天光背景辐射偏振测量装置，移动底座使其水平朝南，上电启动。

步骤二：装置初始化，偏振轮归零位，双路光谱仪采集暗噪声。

步骤三：选择测量模式，进行测量，所述测量模式包括定点测量、太阳子午线扫描、全天空扫描、全天空成像四种模式。

所述定点测量中，程序控制二维转台3运行至所需测量的天空方位，偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强。每一个位置处偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强，工作流程如图5所示。具体来说，在某一位置处，偏振轮转到孔位，双路光谱仪采集，偏振轮转到/>孔位，双路光谱仪采集，偏振轮转到通孔，双路光谱仪采集，偏振轮转到/>孔位，双路光谱仪采集，偏振轮转到/>孔位，双路光谱仪采集，以此为一个循环。根据模式选择和步长设置，二维转台3驱动测量探头1运行至下一位置重复以上循环。

所述太阳子午线扫描中，通过视日轨迹法和鱼眼成像跟踪方法定位太阳和太阳子午线，太阳子午线指的是连接地球北极点、太阳和南极点的弧线。设定非均等步长（越靠近太阳步长越大），二维转台3运行使测量探头1分步扫描太阳子午线，偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强。

所述全天空扫描中，定位太阳方位为水平方位起始点，设定水平、俯仰非均等步长（越靠近太阳步长越大），二维转台3运行使测量探头1分步扫描天空半球，在每一个位置处偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强。

所述全天空成像中，当二维转台3驱动测量探头1指向天顶时，分焦平面偏振相机10捕捉全天空光谱偏振图像，使用像素分割算法将一个超级像素元划分为四个像素单元，具有相同偏振方向的像素单元组合形成四个偏振图像。通过矩阵运算求出Stokes矢量的四个分量：总光强/>，两个互相垂直的线偏振分量/>、/>，圆偏振分量/>，进而可计算出每个超级像素元的线偏振度DoLP和偏振方位角AoP，成像步骤如图6所示，

，

，

设计上位机的上位机界面可显示强度图、线偏振度（DoLP）图和偏振方位角（AoP）图，结果示例如图7、图8和图9。

步骤四：将双路光谱仪和分焦平面偏振相机10采集的各波段光谱偏振数据通过数据线发送至上位机，根据测量原理对原始光谱光强数据进行计算，最终得到偏振度与偏振方位角。

在实际测量中，分时法的双路光谱仪所采集的偏振信息和分焦平面偏振相机10所捕获的偏振图像数据可相互补充，替换畸变或异常数据，通过结果对比保证测量数据的有效性。如在晴朗无云的天气条件下，以分焦平面偏振相机10测量为主，分时法的双路光谱仪测量为辅，后者可以更好的验证前者结果，如天光偏振模式中性点这一特征。在多云或恶劣的环境条件下，以分时法的双路光谱仪测量为主，分焦平面偏振相机10测量为辅，后者可为前者的测量数据提供插值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，包括测量探头、下位机控制***、二维转台、底座与数据传输接口和上位机；所述测量探头固定在支架的俯仰轴上，依靠对称U型的二维转台来支撑和驱动；测量探头前端装配三个平行光筒，分别为偏振成像光筒、可见光测量光筒和近红外测量光筒；测量探头内部分别对应三个平行光筒安装分焦平面偏振相机、偏振轮和双路光谱仪。

2.根据权利要求1所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，所述偏振轮上设置12个孔位，分别为1对实心孔、1对偏振片孔、1对/>偏振片孔、1对通孔、1对偏振片孔、1对/>偏振片孔，每对孔位中心对称安装，用于测量暗噪声、四组偏振辐射和背景光。

3.根据权利要求1所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，所述偏振成像光筒的头部安装鱼眼镜头，中部嵌入带通滤光片，后端接入分焦平面偏振相机；所述鱼眼镜头具有的视野，锁定光圈控制和固定焦点，用于捕捉整个天空的图像；带通滤光片的中心波长选用405nm、450nm、550nm、660nm和850nm五个波段，半高宽FWHM为10nm，探测从可见光到近红外波长区间的偏振光；所述分焦平面偏振相机用于天光背景辐射偏振成像，具有500万像素的黑白的CMOS传感器，所述分焦平面偏振相机的靶面上集成微透镜阵列和偏振片阵列。

4.根据权利要求3所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，所述偏振片阵列由四个方向的线栅偏振片组成，分别具有、/>、/>和/>透射轴，每个像素对应一个偏振方向，四组偏振方向的像素组成一个超级像素元进行成像计算；当入射光到达偏振片阵列时，偏振方向垂直于线栅轴的部分通过偏振片阵列并被CMOS传感器中的光电二极管接收，平行于线栅轴的部分被反射和吸收。

5.根据权利要求1所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，所述分焦平面偏振相机采用全局快门同时扫描整个视场，适合实时全天空成像。

6.根据权利要求1所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，所述可见光测量光筒和近红外测量光筒用于天光背景辐射偏振数据的采集，由视场光阑组和透镜、不同角度的偏振片、导光光纤和双路光谱仪组成；双路光谱仪采集光谱范围为400~1100nm，分辨率优于1nm；可见光测量光筒和近红外测量光筒的接收视场为，背景辐射通过防尘窗口后，视场光阑组的前后视场光阑和孔径光阑用于限制视场以及光通量；光路焦距为136mm，相应的太阳光斑大小为1.26mm，双路光谱仪的感光面不小于2.5mm。

7.根据权利要求6所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，可见光测量光筒和近红外测量光筒以及多级视场光阑组均经过发黑处理，保证视场角外的漫射杂散光不能进入光路。

8.根据权利要求6所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，偏振轮由42型步进电机驱动旋转，所述偏振轮上设置狭缝，安装PNP型光电开关，偏振轮从PNP型光电开关中间通过，遇到狭缝时，PNP型光电开关输出高电平信号“1”，此信号被下位机的控制***采集到，偏振轮的42型步进电机停止转动，并将此处设为零位；偏振轮进行发黑处理，减小光反射对测量造成的干扰。

9.根据权利要求6所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，所述二维转台包括电机、编码器和驱动器；所述电机为水平与俯仰电机，选用直流无刷力矩电机，峰值转矩，连续堵转转矩/>；所述编码器选用圆光栅的绝对式光栅***作为角度编码器，形成绝对式光电编码器，通过光码盘对电机上每一个位置进行编码；所述驱动器与下位机之间采用CANopen协议进行通信；驱动器在伺服模块中连接下位机的控制***与编码器，一方面接收下位机传来的指令驱动电机转动相应的角度，一方面通过读取绝对式光电编码器的数据获取当前二维转台的位置回传给下位机，便于下位机检查电机是否到达目标位置。

10.根据权利要求1所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置，其特征在于，所述底座与数据传输接口用于供电、相机数据传输和上位机、下位机通讯；上位机、下位机通过网线进行连接，使用TCP/IP协议进行数据通讯。

11.根据权利要求1-10之一所述的一种协同式偏振型天光背景辐射测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：搭建协同式天光背景辐射偏振测量装置，移动底座使其水平朝南，上电启动；

步骤二：使协同式天光背景辐射偏振测量装置初始化，偏振轮归零位，双路光谱仪采集暗噪声；

步骤三：选择测量模式，进行测量，所述测量模式包括定点测量、太阳子午线扫描、全天空扫描、全天空成像；

步骤四：将双路光谱仪和分焦平面偏振相机采集的各波段光谱偏振数据通过数据线发送至上位机，根据测量原理对原始光谱光强数据进行计算，最终得到偏振度与偏振方位角。

12.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，

所述定点测量中，二维转台运行至所需测量的天空方位，偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强；每一个位置处偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强；

所述太阳子午线扫描中，通过视日轨迹法和鱼眼成像跟踪方法定位太阳和太阳子午线，太阳子午线指的是连接地球北极点、太阳和南极点的弧线；设定非均等步长，越靠近太阳步长越大，二维转台运行使测量探头分步扫描太阳子午线，偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强；

所述全天空扫描中，定位太阳方位为水平方位起始点，设定水平、俯仰非均等步长，越靠近太阳步长越大，二维转台运行使测量探头分步扫描天空半球，在每一个位置处偏振轮旋转，双路光谱仪采集光强；

所述全天空成像中，当二维转台驱动测量探头指向天顶时，分焦平面偏振相机捕捉全天空光谱偏振图像，使用像素分割算法将一个超级像素元划分为四个像素单元，具有相同偏振方向的像素单元组合形成四个偏振图像；通过矩阵运算求出Stokes矢量的四个分量：总光强/>，两个互相垂直的线偏振分量/>、/>，圆偏振分量/>，进而计算出每个超级像素元的线偏振度DoLP和偏振方位角AoP：

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13.根据权利要求11所述的测量方法，其特征在于，在选择测量模式为全天空成像时，分焦平面偏振相机和双路光谱仪同时工作采集全天空偏振信息。