克斯拉曼回波信號沿指向光軸傳至二維指向鏡，再由二維指向鏡反射向下沿主光軸傳輸，向下通過保護(hù)窗口，依次經(jīng)主鏡及次鏡反射，沿主光軸向下行進(jìn)，通過主鏡中間的圓孔后，經(jīng)中繼透鏡組聚焦，第一分色片反射，第二分色片反射，會聚于紫外可見光譜儀光纖端面上。由紫外可見光譜儀光纖收集的斯托克斯拉曼回波信號經(jīng)光纖復(fù)用器沿長波光纖進(jìn)入長波光譜儀，再由長波ICCD探測器傳感轉(zhuǎn)化為拉曼光譜信號，并送至載荷控制器進(jìn)行存儲分析。
[0029]h.依次將第二塊、第三塊、…、直至最后一塊拉曼定標(biāo)樣品設(shè)為當(dāng)前拉曼定標(biāo)樣品。不斷重復(fù)步驟f.與g.，采集當(dāng)前拉曼定標(biāo)樣品的拉曼光譜信號并在載荷控制器進(jìn)行存儲，直至完成定標(biāo)板所有拉曼定標(biāo)樣品的拉曼光譜信號的存儲。
[0030](3)火星目標(biāo)自聚焦
[0031]1.載荷控制器發(fā)出控制指令給二維轉(zhuǎn)動(dòng)控制組件，使其帶動(dòng)二維指向鏡繞水平軸和垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，至指向光軸指向火星車前下方探測區(qū)域的某一火星礦物、土壤或巖石目標(biāo)。指向光軸與火星礦物、土壤或巖石目標(biāo)的交點(diǎn)為測試點(diǎn)。
[0032]j.載荷控制器發(fā)出啟動(dòng)指令給自聚焦激光器，自聚焦激光器發(fā)射出連續(xù)激光束向上透射過雙色鏡，再上穿保護(hù)窗口，通過二維指向鏡改變行進(jìn)方向沿指向光軸傳輸，連續(xù)照射測試點(diǎn)。測試點(diǎn)反射的回波信號沿指向光軸傳至二維指向鏡，再由二維指向鏡反射向下沿主光軸傳輸，向下通過保護(hù)窗口，依次經(jīng)主鏡及次鏡反射，沿主光軸向下行進(jìn)，通過主鏡中間的圓孔后，經(jīng)中繼透鏡組聚焦，第一分色片反射，第二分色片透射，會聚于自聚焦探測器。自聚焦探測器將其傳感的回波強(qiáng)度值傳送給載荷控制器進(jìn)行分析。載荷控制器發(fā)出控制指令給次鏡調(diào)焦組件，連續(xù)改變卡塞格林望遠(yuǎn)鏡的焦距，直至自聚焦探測器傳感的回波強(qiáng)度值達(dá)到峰值。此時(shí)，測試點(diǎn)即為卡塞格林望遠(yuǎn)鏡的聚焦點(diǎn)。
[0033](4)火星目標(biāo)探測
[0034]k.火星目標(biāo)LIBS探測
[0035]載荷控制器發(fā)出控制指令給光路切換器，使其切換至第一路。載荷控制器按LIBS探測的需求，設(shè)定好相應(yīng)的TB和TD。載荷控制器發(fā)出啟動(dòng)指令開啟主激光器，主激光器發(fā)出一個(gè)1064nm脈沖激光束先由擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡擴(kuò)束準(zhǔn)直、LIBS全反鏡反射、轉(zhuǎn)折鏡轉(zhuǎn)折后，再由次鏡反射，主鏡反射后，沿主光軸向上行進(jìn)，通過保護(hù)窗口向上穿出，再通過二維指向鏡改變行進(jìn)方向沿指向光軸傳輸，聚焦擊中測試點(diǎn)。激發(fā)出的LIBS回波信號沿指向光軸傳至二維指向鏡，再由二維指向鏡反射向下沿主光軸傳輸，向下通過保護(hù)窗口，依次經(jīng)主鏡及次鏡反射，沿主光軸向下行進(jìn)，通過主鏡中間的圓孔后，經(jīng)中繼透鏡組聚焦，第一分色片反射，第二分色片反射，會聚于紫外可見光譜儀光纖端面上。由紫外可見光譜儀光纖收集的LIBS信號經(jīng)光纖復(fù)用器分為短中長波三路，分別沿短波光纖、中波光纖、長波光纖進(jìn)入短波光譜儀、中波光譜儀、長波光譜儀，再分別由短波CCD探測器、中波CCD探測器、長波ICCD探測器傳感轉(zhuǎn)化為LIBS光譜信號，并送至載荷控制器進(jìn)行存儲分析。
[0036]1.火星目標(biāo)激光拉曼探測
[0037]載荷控制器發(fā)出控制指令給光路切換器，使其切換至第二路。載荷控制器發(fā)出啟動(dòng)指令開啟主激光器。主激光器發(fā)射的一個(gè)1064nm脈沖激光束，先經(jīng)二倍頻器倍頻，倍頻后的脈沖激光束依次經(jīng)拉曼全反鏡、雙色鏡反射，沿主光軸向上行進(jìn)，通過保護(hù)窗口向上穿出，再通過二維指向鏡改變行進(jìn)方向沿指向光軸傳輸，擊中測試點(diǎn)。激發(fā)出的斯托克斯拉曼回波信號沿指向光軸傳至二維指向鏡，再由二維指向鏡反射向下沿主光軸傳輸，向下通過保護(hù)窗口，依次經(jīng)主鏡及次鏡反射，沿主光軸向下行進(jìn)，通過主鏡中間的圓孔后，經(jīng)中繼透鏡組聚焦，第一分色片反射，第二分色片反射，會聚于紫外可見光譜儀光纖端面上。由紫外可見光譜儀光纖收集的斯托克斯拉曼回波信號經(jīng)光纖復(fù)用器沿長波光纖進(jìn)入長波光譜儀，再由長波ICCD探測器傳感轉(zhuǎn)化為拉曼光譜信號，并送至載荷控制器進(jìn)行存儲分析。
[0038]m.火星目標(biāo)被動(dòng)紅外光譜探測
[0039]來自火星外的輻射經(jīng)火星礦物、土壤或巖石目標(biāo)上的測試點(diǎn)鄰近區(qū)域反射后，沿指向光軸傳至二維指向鏡，再由二維指向鏡反射向下沿主光軸傳輸，向下通過保護(hù)窗口，依次經(jīng)主鏡及次鏡反射，沿主光軸向下行進(jìn)，通過主鏡中間的圓孔后，經(jīng)中繼透鏡組聚焦，第一分色片透射后可會聚于紅外光纖端面上。由紅外光纖收集的火星目標(biāo)紅外輻射信號傳輸?shù)郊t外AOTF光譜儀的狹縫上，再經(jīng)過準(zhǔn)直鏡將光束準(zhǔn)直后，通過AOTF分光和會聚鏡組到達(dá)探測器上，轉(zhuǎn)化為紅外光譜信號，送至載荷控制器進(jìn)行存儲分析。
[0040](5)聯(lián)合光譜分析
[0041]η.載荷控制器依據(jù)步驟(I)和(2)在軌定標(biāo)獲得的定標(biāo)樣品的LIBS及拉曼光譜數(shù)據(jù)可對光譜儀譜線偏差及常見原子LIBS譜線位置及對稱分子斯托克斯拉曼譜線頻移位置進(jìn)行修正。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)測試點(diǎn)獲取的LIBS光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行原子組成及定量分析，依據(jù)測試點(diǎn)獲取的拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行對稱分子組成及定量分析，再依據(jù)測試點(diǎn)獲取的紅外光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行非對稱分子組成及定量分析，綜合以上三種原子分子信息，進(jìn)而進(jìn)行巖石、土壤及礦物類型鑒別。
[0042]本專利的有益效果是，提供了一種采用主被動(dòng)結(jié)合光譜技術(shù)的火星物質(zhì)成分分析系統(tǒng)與方法。主動(dòng)LIBS光譜探測可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子的定性與定量分析，主動(dòng)時(shí)域激光拉曼探測可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)對稱分子的定性與定量分析，被動(dòng)紅外光譜探測可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)非對稱分子的定性與定量分析。主被動(dòng)光譜結(jié)合同時(shí)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子、對稱分子、非對稱分子的探測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)火星巖石、土壤、礦物等的分類與識別。由于復(fù)用光源、望遠(yuǎn)光路及光譜儀等，在有效擴(kuò)大火星物質(zhì)分析范圍的同時(shí)，保持了系統(tǒng)的緊湊便捷性。
【附圖說明】
[0043]圖1與圖2為本專利系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測試原理示意圖，圖中:I一一火星礦物、土壤或巖石目標(biāo)；2 測試點(diǎn)；3 光學(xué)頭部；4 紫外可見光譜儀光纖；5 光纖復(fù)用器；6——短波光纖;7——中波光纖;8——長波光纖;9——短波光譜儀；10——中波光譜儀；
11--長波光譜儀；12--定標(biāo)板支架；13--定標(biāo)板；14--火星車頂板；15--長波
ICXD探測器；16——中波CXD探測器；17——短波CXD探測器；18——USB接口傳輸線；19——載荷控制器;20 光學(xué)頭部控制線纜;21 指向鏡支架；22 二維指向鏡；23 紅外光纖;24一一自聚焦探測器;25一一第二分色片；26一一第一分色片；27一一中繼透鏡組；
28--主鏡；29--主鏡支撐架；30--次鏡調(diào)焦組件；31--次鏡；32--次鏡支撐架；
33 自聚焦激光器;34 雙色鏡；35 保護(hù)窗口 ； 36 第二光軸；37 拉曼全反鏡;38--主光軸;39--LIBS全反鏡;40--轉(zhuǎn)折鏡;41--指向鏡控制電纜;42--二倍頻器;43 主參考點(diǎn)；44 指向光軸;45 擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡;46 光路切換器;47 第二光軸;48 第四光軸;49 分控制線纜;50 主激光器;51 尾部保護(hù)罩;52圓孔;53——二維轉(zhuǎn)動(dòng)控制組件;54——紅外AOTF光譜儀。
[0044]注:USB即Universal Serial Bus，通用串行總線；LIBS即Laser-1nducedbreakdown spectroscopy，激光誘導(dǎo)擊穿光譜；ICCD即Intensified CCD，增強(qiáng)電荷親合器件；CCD，即Charge coupled divice，指的電荷親合器件；A0TF，即Acousto optic tunablefi I ter，指的聲光可調(diào)諧濾波器。
【具體實(shí)施方式】
[0045]本專利【具體實(shí)施方式】如圖1及圖2所示。
[0046]本專利提出的雙重復(fù)用激光光譜火星礦物成分分析系統(tǒng)主要包括光學(xué)頭部3、光纖復(fù)用器5、短波光纖6、中波光纖7、長波光纖8、短波光譜儀9、中波光譜儀10、長波光譜儀
11、紅外AOTF光譜儀54、定標(biāo)板支架12、定標(biāo)板13、指向鏡支架21、二維指向鏡22、二維轉(zhuǎn)動(dòng)控制組件53、指向鏡控制電纜41及載荷控制器19。
[0047]其中，光學(xué)頭部3主要由自聚焦探測器24、第二分色片25、第一分色片26、中繼透鏡組27、主鏡28、主鏡支撐架29;次鏡調(diào)焦組件30、次鏡31、次鏡支撐架32、自聚焦激光器33、雙色鏡34、保護(hù)窗口 35、拉曼全反鏡37、LIBS全反鏡39、轉(zhuǎn)折鏡40、二倍頻器42、擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡45、光路切換器46、分控制線纜49、主激光器50、尾部保護(hù)罩51、光學(xué)頭部控制線纜20、紫外可見光譜儀光纖4及紅外光纖23組成。
[0048]短波光譜儀9、中波光譜儀10、長波光譜儀11、紅外AOTF光譜儀54及載荷控制器19安裝在火星車內(nèi)。定標(biāo)板13由若干塊LIBS及拉曼定標(biāo)樣品組成(注:本實(shí)施例中為十塊LIBS定標(biāo)樣品及二塊拉曼定標(biāo)樣品)，通過定標(biāo)板支架12安裝在火星車頂板14上;指向鏡支架21底部安裝在火星車頂板14上，并在該處開有圓孔52，二維指向鏡22安裝在指向鏡支架21上方;光學(xué)頭部3上方開有透明保護(hù)窗口 35，其形狀尺寸與圓孔52—致，光學(xué)頭部3安裝在火星車頂板14下面，安裝位置保證透明保護(hù)窗口 35與圓孔52位置一致。
[0049]自聚焦探測器24、次鏡調(diào)焦組件30、自聚焦激光器33、光路切換器46、及主激光器50各自帶有分控制線纜49，五路分控制線纜49組成光學(xué)頭部控制線纜20，與載荷控制器19相聯(lián)接，用于接收載荷控制器19的控制信