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多波段大视场天空成像技术的大气参数监测装置及方法
刘煜; 宋腾飞; 张雪飞; 赵明宇; 王晶星
2017-09-21
专利权人中国科学院云南天文台
公开日期2017-12-26
授权国家中国
专利类型发明
摘要本发明提供的一种多波段大视场天空成像技术的大气参数监测装置及方法,装置包括大视场光学望远镜系统、多波段滤光切换及CCD成像系统、望远镜跟踪控制系统和控制、数据处理系统;大视场光学望远镜系统与多波段滤光切换及CCD成像系统连接,望远镜跟踪控制系统与大视场光学望远镜系统平行设置,设置在大视场光学望远镜系统上,大视场光学望远镜系统设置在控制、数据处理系统上,控制、数据处理系统用于控制大视场光学望远镜系统、多波段滤光切换及CCD成像系统和望远镜跟踪控制系统。本发明的装置结构简单,体积小,成本小,结合太阳导行子系统可以自动观测,同时测量日晕强度,另外能同时测量多个大气参数,适合地基日冕仪的选址工作。
分类号G01J1/00 ; G01J1/02 ; G01N21/84
主权项1.多波段大视场天空成像技术的大气参数监测装置,其特征在于,包括:大视场光学望 远镜系统、多波段滤光切换及CCD成像系统、望远镜跟踪控制系统和控制、数据处理系统; 所述大视场光学望远镜系统与所述多波段滤光切换及CCD成像系统连接,所述望远镜 跟踪控制系统与所述大视场光学望远镜系统平行设置,设置在所述大视场光学望远镜系统 上,所述大视场光学望远镜系统设置在所述控制、数据处理系统上,所述控制、数据处理系 统用于控制所述大视场光学望远镜系统、多波段滤光切换及CCD成像系统和望远镜跟踪控 制系统; 所述大视场光学望远镜系统包括望远镜镜筒,依次设置在所述望远镜镜筒中的太阳减 光片、成像透镜和清鬼像的光阑;所述多波段滤光切换及CCD成像系统包括依次设置的窄带 滤光片、滤镜轮、滤镜轮控制电机和CCD,所述窄带滤光片设置在所述清鬼像的光阑之后。 2.根据权利要求1所述的多波段大视场天空成像技术的大气参数监测装置,其特征在 于, 所述窄带滤光片的数量为8个,分别包括近红外波段滤光片、水线波段滤光片、3个红波 段滤光片、橙黄波段滤光片、绿波段滤光片和蓝波段滤光片。 3.根据权利要求1所述的多波段大视场天空成像技术的大气参数监测装置,其特征在 于, 所述大视场光学望远镜系统中还包括遮光光阑,所述遮光光阑设置在所述窄带滤光片 之前,所述窄带滤光片为一片,其焦比数为20,通光直径5cm,焦距100mm。 4.根据权利要求1所述的多波段大视场天空成像技术的大气参数监测装置,其特征在 于, 所述望远镜跟踪控制系统包括赤道仪和太阳导行子系统,所述赤道仪与所述太阳导行 子系统连接,所述赤道仪与所述控制、数据处理系统连接。 5.多波段大视场天空成像技术的大气参数监测方法,其特征在于,包括: 步骤S1,获取当前观测地址点的经纬度数据和日期时间数据; 步骤S2,根据所述当前观测地址点的经纬度数据和日期时间数据,计算太阳的位置信 息,所述太阳的位置信息包括太阳的高度角和方位角; 步骤S3,根据所述太阳的位置信息,调整望远镜视场至视场中心指定位置; 步骤S4,获取太阳日面光线和日晕光线通过多波段滤光切换及CCD成像系统的图像,预 定时间后更换滤光片,获取多个不同波段的图像; 步骤S5,根据所述多个不同波段的图像,经计算得到多个大气参数,所述多个大气参数 包括日晕强度、大气气溶胶、大气水汽含量和消光系数。 6.根据权利要求5所述的多波段大视场天空成像技术的大气参数监测方法,其特征在 于, 所述步骤S3,具体为: 根据所述太阳的位置信息,判断所述太阳的位置是否在所述望远镜视场中心指定位 置; 如果不在,根据所述视场中心指定位置计算偏差; 根据所述偏差进行调整,重新判断所述太阳的位置是否在所述望远镜视场中心指定位 置,直至所述太阳的位置在所述望远镜视场中心指定位置。 7.根据权利要求5所述的多波段大视场天空成像技术的大气参数监测方法,其特征在 于, 所述步骤S5中,计算所述日晕强度,具体为: 对每一幅图像进行日面中心检测和日晕取检测,得到不同波段的日晕区强度和日面中 心强度; 根据所述不同波段的日晕区强度和日面中心强度的比值,结合杂散光,计算得到不同 波段的日晕强度。 8.根据权利要求5所述的多波段大视场天空成像技术的大气参数监测方法,其特征在 于, 所述步骤S5中,计算所述大气水汽含量,具体为: 获取通过水线波段滤光片得到的图像,观测得到带心强度和带心处的背景强度; 根据所述带心强度和带心处的背景强度的比值,得到带心剩余强度; 根据所述带心剩余强度,计算得到大气水汽含量。 9.根据权利要求5所述的多波段大视场天空成像技术的大气参数监测方法,其特征在 于, 所述步骤S5中,计算所述大气气溶胶,具体为: 获取在给定波长上,从地面测得的直接太阳辐射; 根据所述直接太阳辐射,通过Bougue定律计算气溶胶光学厚度。 10.根据权利要求5所述的多波段大视场天空成像技术的大气参数监测方法,其特征在 于, 所述步骤S5中,计算所述消光系数,具体为: 根据公式计算得到消光系数: σ e ( r , λ , m ) = ∫ r 1 r 2 Q e ( r , λ , m ) πr 2 d N ( r ) d r d r 其中,σe(r,λ,m)为消光系数,Qe(r,λ,m)为消光效率因子,为大气溶胶粒子谱分布 函数,r为大气溶胶粒子的直径,λ为光的波长,m为折射率。
专利号ZL201710861316.3
语种中文
申请号CN201710861316.3
公开(公告)号CN107515044A
文献类型专利
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/12063
专题选址与日冕观测组
作者单位中国科学院云南天文台,云南省昆明市官渡区羊方旺396号
推荐引用方式
GB/T 7714
刘煜,宋腾飞,张雪飞,等. 多波段大视场天空成像技术的大气参数监测装置及方法. ZL201710861316.3[P]. 2017-09-21.
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