(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211068377.1 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 上海航天空间技 术有限公司 地址 201316 上海市浦东 新区中国 （上海） 自由贸易试验区临港新片区环湖西二 路888号C楼 (72)发明人 缪同群　吕旺　黄孜诚　孙景乐　 孟光　郁丽　陈占胜　孙聪　 刘伟亮　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 黄贞君　郑纯 (51)Int.Cl. G01J 3/02(2006.01) G01J 3/28(2006.01)G01N 21/31(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种星载高分辨 率碳监测光谱仪 (57)摘要 本发明提供一种星载高分辨率碳监测光谱 仪， 光谱仪包括： 光谱仪主体； 安装于光谱仪主体 上的镜头组件， 镜头组件包括镜筒和 复合透镜， 镜筒安装于光谱仪主体上， 复合透镜安装于镜筒 内部； 安装于光谱仪主体上的图像传感器， 通过 图像传感器实现高空间分辨率； 安装于图像传感 器上的线性渐变滤光片， 通过线性渐变滤光片实 现高光谱分辨率； 其中， 镜头组件的光路位于线 性渐变滤光片的光路前端。 将线性渐变滤光片与 光学遥感相结合， 线性渐变滤光片生产制造成本 较低， 环境适应性强， 以线性渐变滤光片作为碳 监测光谱仪的分光元件， 能够实现高光谱分辨 率， 同时通过图像传感器实现高空间分辨率， 从 而实现碳监测光谱仪的高光谱分辨率和 高空间 分辨率。 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 CN 115541013 A 2022.12.30 CN 115541013 A 1.一种星载高分辨 率碳监测光谱仪， 其特 征在于， 所述 光谱仪包括： 光谱仪主体； 安装于所述光谱仪主体上的镜头组件， 所述镜头组件包括镜筒和复合透镜， 所述镜筒 安装于所述 光谱仪主体上， 所述复合透 镜安装于所述镜筒内部； 安装于所述 光谱仪主体上的图像传感器， 通过 所述图像传感器实现高空间分辨 率； 安装于所述图像传感器上的线性渐变滤光片， 通过所述线性渐变滤光片实现高光谱分 辨率； 其中， 所述线性渐 变滤光片位于所述复合透 镜和所述图像传感器之间。 2.根据权利要求1所述的星载高分辨率碳监测光谱仪， 其特征在于， 所述线性渐变滤光 片通过在透明基底上镀制 相应结构的膜层形成； 和/或， 被探测物体的光线透过所述线性渐变滤光片后在所述图像传感器上成像， 以获 得连续的高光谱分辨 率数据； 和/或， 经过所述线性渐变滤光片分光后所有波段的空间幅宽均与所述图像传感器在 垂直于线性渐 变滤光片渐 变方向上的最大幅宽相同。 3.根据权利要求1所述的星载高分辨率碳监测光谱仪， 其特征在于， 所述图像传感器包 括面阵探测器， 通过 所述面阵探测器 推扫实现对指定区域的高分辨 率成像。 4.根据权利要求1所述的星载高分辨率碳监测光谱仪， 其特征在于， 所述镜头组件还包 括： 带通滤光片， 所述带通滤光片安装于所述镜筒远离所述光谱仪主体的端部， 所述带通滤 光片用于过 滤起始工作波长和结束工作波长之外的光线。 5.根据权利要求4所述的星载高分辨率碳监测光谱仪， 其特征在于， 所述起始工作波长 和所述结束工作波长根据所述图像传感器的感光特性曲线和被探测的气体吸收峰强度确 定。 6.根据权利要求1所述的星载高分辨率碳监测光谱仪， 其特征在于， 所述镜筒上开有内 螺纹； 和/或， 所述镜筒外表面喷砂成磨砂面， 进行光学吸光发黑处 理。 7.根据权利要求1所述的星载高分辨率碳监测光谱仪， 其特征在于， 所述线性渐变滤光 片通过光学耦合胶粘接 于所述图像传感器上。 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述的星载高分辨率碳监测光谱仪， 其特征在于， 可采用可 调谐激光器和数字光处 理实现对所述 碳监测光谱仪的定标测试。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115541013 A 2一种星载高分辨 率碳监测光谱 仪 技术领域 [0001]本说明书涉及碳 监测技术领域， 具体涉及一种星载高分辨 率碳监测光谱仪 。 背景技术 [0002]碳监测是指通过综合观测、 数值模拟、 统计分析等手段， 获取温室气体排放强度、 环境中浓度、 生态系统碳汇以及对生态系统影响等碳源汇状况及其变化趋势信息， 以服务 于应对气候变化研究和管理工作的过程。 遥感技术可用于温室气体的浓度监测、 排放源监 测、 碳汇监测等。 目前， 通过卫星遥感手段可以达到追踪高能耗排放的监测， 同时进行宏观 碳排放计算， 如风能， 太阳能的工厂， 以及平台所能提供 的碳中和的量， 通过遥感卫星可以 很精确计算到每一个区域的风能带来多少电量， 光伏带来多少电量， 同时林地、 湿地、 海洋 环境可以带来多少碳的中和量， 都可以进行量 化性地计算， 实现碳吸 收、 碳监测、 碳减排。 [0003]文献1介绍了2003年以来， 国内外在轨和在研的星载高光谱碳监测光学载荷的最 新研究进展， 综述了在轨综合性碳监测光学载荷、 在轨专用碳监测光学载荷、 星载轻小型碳 监测光学 载荷的探测体制和指标参数。 [0004]从2014年起， 很多国家发射了专门用于温室气体监测的低轨遥感卫星， 这些卫星 具有较高的光谱分辨率和探测灵敏度， 能够满足对大气中浓度极低的温室气 体进行探测的 需求， 但也普遍存在成本高 （超 过1亿美元） 、 质量重 （超过400公斤） 、 空间分辨率低 （超 过1公 里） 等缺点。 [0005]2016年6月， 加拿大公司 “GHGsat Inc.”发射了名为GHGSat ‑D的高分辨率卫星， 观 测地球二氧化碳与甲烷浓度。 该卫星是新一代温室气体监测卫星， 总成本仅为前述几个温 室气体测量任务的1%， 重量仅15公斤， 空间分辨率优于50米， 用于监测目标温室气体排放 源， 例如区域排放源 （尾矿和垃圾填埋场） 和工厂烟囱 （燃烧和通风等排放物） 。 文 献2介绍了 该卫星上装载的高光谱遥感仪器设计方案， 美国专利US10012540B2 “Fabry‑Perot  Interferometer  Based Satellite  Detection  of Atmospheric  Trace Gases”公开了该 卫星所应用的一种基于法布里伯罗干涉仪的大气痕量气 体探测方法。 该技术方案的一个显 著特点是遥感仪器采用了一个具有两片平行玻璃板的法布里伯罗标准具作为窄带滤波和 分光装置， 但是 该申请具有如下缺 点： 1、 干涉仪包括多个组件， 加工复杂、 成本高， 遥感仪器对两块玻璃的平行度有 极其 严格的要求， 在卫星发射振动和在轨运行中容 易受到外部干扰而降低性能。 [0006]2、 光谱性能较差， 根据法布里伯罗标准具的特性， 只能在探测器上形成若干同心 环形干涉条纹， 分别对应于若干离散的窄带模式， 越接近圆心的环形干涉条纹半径越小， 导 致多光谱 对地遥感探测的实际幅宽变窄， 降低了 探测效率。 [0007]中国专利202010323318.9A公开了一种碳卫星任务规划的系统及方法， 能够将卫 星工作模式编辑成有效的任务序列， 以满足卫星的观测要求和定标要求。 其主要目的是为 了保证卫星观测数据有效、 提高定标精度， 但是并未设计碳 监测。 [0008]中国专利201510251620.7A公开了基于卫星 ‑地基CO2数据联合同化的碳源汇估测说　明　书 1/7 页 3 CN 115541013 A 3