高光谱偏振技术的研究进展及展望

高光谱偏振技术是一种融合了高光谱和偏振成像的新兴技术,其在多个科学领域成为研究热点。本文旨在全面综述高光谱偏振技术的研究进展,并展望其未来发展方向。首先介绍了高光谱偏振技术的基本原理,解释了高光谱和偏振成像相结合的优势。然后,根据不同的设计原理介绍了偏振光谱仪器的分类。接下来详细讨论了该技术在遥感、医学、环境监测、地球科学和材料科学等领域的广泛应用。通过对不同领域的案例研究进行梳理,展示了高光谱偏振技术在提供更为丰富、精确信息方面的独特优势。最后对高光谱偏振技术目前面临的挑战进行了分析,包括仪器设备的精密性、数据处理的复杂性以及与其他传感设备的有效融合的问题。针对这些挑战,探讨了未来技术发展方向。未来的研究应着重于提升该技术的高光谱和时间分辨率,提高数据处理和分析准确性,扩展不同应用场景的适用性,以更好地满足不同领域的需求。综合而言,高光谱偏振技术作为一种全面、高效的信息获取手段,在多个领域取得了显著的研究进展。通过优化高光谱偏振技术满足更宽广的应用领域,高光谱偏振技术有望成为未来科学研究和实际应用中的重要工具。

基于快速局部对比度和目标特征的星图弱小目标检测算法

为了解决局部对比度方法在用于星图空间目标检测时存在运算量大和去除背景噪声困难的问题,提出了一种基于快速局部对比度和目标特征的方法来检测目标。在对比度计算前、对比度计算中和对比度计算后3个环节,分别提高了算法实时性、对复杂背景的抑制和去除噪声。首先,通过中值滤波去除高频噪声;然后,通过快速局部极大值滤波确定目标区域,通过局部对比度计算抑制背景,突出目标成像特征;最后,根据目标成像特征,设置目标能量分布、目标能量集中和目标能量传递3个特征函数,通过设置特征阈值去除噪声,提取真实目标。实验结果表明,本文所提方法在检测率和时间消耗上均具有优越性,对于信噪比为1.5的目标有95%的检测率,平均耗时仅为某些对比方法的1/30~1/6。本文所提方法更适用于星图复杂背景条件下的目标快速检测,满足星图空间目标检测算法鲁棒性强、实时性高的要求。

离轴三反空间光学望远系统的杂散光抑制

以点源透过率(PST)为评价标准,对一个离轴三反空间望远系统的杂散光进行了分析,并给出了分析结果。通过建立系统的实体模型,确定了一次、二次散射路径,采用改进的蒙特卡洛法,对20°之间各离轴角分别进行光线追迹。对模型的分析结果表明,系统产生杂散光的主要原因为一次散射,与光学系统结构密切相关。离轴角为±0.1°时,PST分别等于3.56和4.02,离轴角为±20°时,PST分别为6.63×10-5和4.58×10-5。实验表明,通过加入遮光罩及减小镜面散射率可减少杂散光。与离轴两反望远系统相比,三反系统的杂散光水平在大离轴角时偏大1到2个数量级,但可满足使用要求。

航相机像移补偿计算的坐标变换方法

由于航空、航天照相要求的分辨力愈来愈高，对像移补偿系统的要求愈来愈高。要求对产生像移速度的诸因素考虑得更为全面，也就是影响像移速度的诸因素的测量精度和像移速度的计算模型要更精确。本文应用坐标变换方法进行了航相机的像移补偿计算。首先归纳了航空航天相机（简称航相机）中像移补偿的原理、技术途径和实现方法。其次给出航相机光学系统和运动形式的齐次坐标变换，实现了像移补偿计算模型的各个基本要素，从而提出了像移补偿计算的一般数学模型，此模型适用于各种航相机的像移速度和像移补偿计算。再次，对应用坐标变换方法进行像移补偿计算作了详细归纳，最后简单讨论了对像移速度矢量公式的简化方法和像移补偿误差计算方法，以期得到满足计算精度的简化表达式。通过计算模型四个环节的变化，可以将此方法应用到各类航相机像移补偿系统。

航空遥感器定位误差分析

首先简要介绍了航空遥感器的重要用途,然后依次介绍了成像坐标变换过程、定位原理,从而得到目标位置的计算公式,接着归纳了定位误差的影响因素,并完成了定位误差的推导,最后根据公式分析了各因素的影响程度。

一种高精度数字式糖度计

糖或其它可溶解物在液体中的含量（或称液体的浓度）的测量在很多应用场合下很重要。本文基于全反射折光原理．使用单片机作为主要控制元件，实现了一种操作简便的数字式糖度计，并具有较高的精度。

一种特殊图像数据压缩存储及差错控制方法

针对工程中特定 (尺寸固定、冗余度较高 )图像数据的无损压缩存储问题 ,提出了一种基于行程的压缩编码方法以及简单的差错控制编码方法。简要介绍了问题的特点 ,探讨了应用几种图像压缩及容错编码方法的可能性 ;通过选择特定方法 (类似 JEPG的压缩方法和简单的二维奇偶校验编码 )和进行具体地压缩编程实践 ,找到了较优的方法 ;最后对此方法作了简单分析并给出了结果。该方法具有效率较高、存取迅速。

对地面靶标的TDI-CCD推扫成像的仿真计算

对采用TDI-CCD对一维正弦波图像进行推扫成像时的输出结果进行了一系列仿真,提出了平均传递函数的概念,以适应TDI-CCD的传递函数评价.仿真研究了在具有偏流角误差和像移匹配残差下,TDI-CCD对模拟地面靶标(斜置的方波图像)进行的推扫成像.针对仿真输出的图像,应用传递函数的方法进行了评价与分析,研究了传递函数下降与偏流角误差以及像移匹配残差的关系,从而得出了接近实际的TDI-CCD推扫成像结果.

机载光电跟踪测量设备的目标定位误差分析

光电跟踪和测量设备用于测量飞行器在空中的飞行轨迹,作为飞行器飞行性能的评价。随着现代技术的发展,对飞行器性能提出愈来愈高的要求,从而也对跟踪和测量飞行器飞行轨迹的光电跟踪和测量设备提出了相应的技术进步要求,特别是对其测量精度指标。如何做好和完善误差分析、误差分配和误差综合,成为研制更高性能的光电跟踪测量设备总体设计中的一个重要问题,贯穿从可行性论证、方案论证、方案设计、设计、制造、装调、直到试验等整个研制过程。就这一类设备中最为复杂的机载光电跟踪测量设备的目标定位误差(即3轴上的测量误差),通过建立从被测目标到地面中心测量站9 个坐标系,进行31次线性变换,构造35个变量的统一测量方程;进行测量误差因素的分析和分配,以及用蒙特卡洛法来分析和计算系统的目标定位误差。

非接触式扫描反射镜转角测量系统

为了提高扫描反射镜转角检测系统的测角范围,建立了基于一字线激光器和线阵CCD的高精度非接触式扫描镜角度检测系统。介绍了检测系统的结构和工作原理,该系统根据激光光斑在CCD上的位置计算扫描反射镜的转角,并利用特殊设计的阵列反射镜增大测角范围。为了降低对加工及装调精度的要求,对系统进行了误差分析,给出了采用多项式拟合法进行角度测量的理论依据。讨论了影响系统检测精度的一系列误差源,计算了系统测量的总误差。最后进行了相关的测量实验。实验结果表明:系统的检测系统分辨率为2.5″,测角范围为11°,测角精度可达3″,可以满足扫描反射镜对角度测量系统提出的高精度、非接触、大测角范围的要求。

云与气溶胶光学遥感仪器发展现状及趋势

气溶胶是影响地球气候和环境的不确定因素之一,星载被动光学遥感具有大视场、宽波段、高时空分辨率等优势,已成为云与气溶胶探测的有效手段之一。本文简述了云与气溶胶光学遥感探测的必要性和可行性,详细介绍了国内外典型云与气溶胶光学遥感仪器的系统组成、主要技术参数和方案特点,并基于现有仪器的不足和气溶胶反演需求,指出了云与气溶胶光学遥感仪器的发展趋势,给出了新一代云与气溶胶光学遥感仪器的方案设计结果。集成大视场、中等分辨率、多角度、多光谱、宽谱段、长寿命的高精度偏振测量是新一代星载云与气溶胶光学遥感探测仪的首选方案和发展趋势。

一种高精度数字式糖度计

糖或其他可溶解物质在液体中的含量（或称液体的浓度）的测量在很多应用场合下很重要。本文基于全反射折光原理，使用单片机作为主要控制元件，实现了一种操作简便的数字式糖度计。它具有较高的精度，可应用于糖厂、葡萄园、葡萄酒厂等作为快速现场测量及实验室计量用具，亦可用于非纯溶液的测量，比如：饮料糖度、生理液体、化妆液等。

星载光学遥感器调焦机构的设计

设计了一种用于星载光学遥感器的调焦机构,该设计采用谐波减速器和滚珠丝杠、直线导轨配合使用的方案,弥补了传统调焦结构的不足。通过对调焦负载阻力矩的分析选择相应的电机,计算了该调焦机构的理论灵敏度为0.43μm;将该机构随同整机进行了力学环境模拟试验,对其力学环境试验前后的调焦精度进行了对比。结果显示其试验前后直线偏角均小于20″,位移误差均小于5μm,满足使用要求。试验结果表明,该空间调焦机构具有结构紧凑、刚度高、位移精度好等特点,能够满足空间调焦的设计要求。

成像光谱仪星上光谱定标的数据处理

为了提高仪器光谱定标精度,降低谱线偏移对地物反射光谱数据反演精度的影响(特别是大气吸收峰附近),根据星上光谱定标的特点,介绍了星上光谱定标数据处理的常用方法。通过对实验室光谱定标时两种典型工况的比较,实现了星上定标数据处理算法的地面仿真,验证了算法的可行性,并比较了各自的优缺点。结果表明,基于谱线匹配的标准差法、相关系数法和最小差值法计算精度较高,但计算效率较低;基于多项式拟合的极值法计算精度较低,但是计算效率较其他算法提高1个数量级。用极值法对数据进行预处理,快速确定谱线偏移量,再用谱线匹配算法在小范围内精确计算谱线偏移量,可以在不影响计算精度的前提下提高运算速度,计算精度优于1 nm,满足成像光谱仪星上光谱定标的精度要求。

空间激光通信发展概述

介绍了激光通信的基本过程和链路类型。着重调研了欧州空间局、美国、德国、日本以及国内激光通信的最新发展概况,给出了一些已成功应用的激光通信终端的详尽技术参数,如通信波长、通信距离、通信速度误码率、应用目的等,突出了每一种仪器的特点和优势,并对其光机结构进行了详细分析和展示。通过分析国内外的研究状况,指出激光通信面临的关键技术问题,以及未来激光通信发展的趋势和方向,为激光通信设备及其相关领域的研究提供了一定的参考。

基于改进倾斜刃边法的光电成像系统MTF高准确度测试

提出一种能高准确度测试光电成像系统调制传递函数的改进的倾斜刃边法.利用一种自动确定高低阈值的改进Canny算子提取边缘位置点,对提取到的边缘位置点进行线性拟合求得刃边倾角,在利用费米函数拟合边缘扩散函数的过程中,提出一种邻域平均值和设定误差容限的多重去噪改进方法.通过仿真与物理实验证明了本文方法的有效性,并分析了刃边倾角、噪声变化对本文方法与传统方法MTF测试准确度的影响.实验结果表明:本文方法的调制传递函数测试准确度达到0.004 9,重复准确度达到0.003 1,皆优于传统方法;说明其具有较高的测试准确度和良好的测试重复性,并且具有较强的抗噪性,基本不受刃边倾角变化的影响.

成像光谱仪运动补偿扫描镜的研制

基于光、机、电一体化的设计思想,研制了一套高精度扫描镜机构,用于提高空间相机对某些特定暗目标的观测能力。首先,根据相机总体下达的性能指标,讨论了可行的驱动方案,确定了以步进电机为核心的系统控制方法。然后,介绍了驱动单元、精密轴系和扫描镜支撑结构3项关键技术。最后,给出了扫描镜机构的工程分析结果并进行了相关例行试验。试验结果表明:设计的扫描镜机构定位误差优于40″,在工作速度范围内相对速度精度优于7%(均方根值),主轴径向跳动误差为2μm,满足了空间相机对扫描镜机构在稳定性、位置和速度精度、体积、重量等方面的要求。

椭圆弧柔性铰链刚度简化计算及优化设计

本文主要研究了椭圆弧柔性铰链刚度的优化设计方法。首无,针对椭圆弧柔性铰链刚度计算公式过于复杂的问题,采用幂函数非线性曲线拟合的方法,推导了椭圆弧柔性铰链刚度的近似理论计算公式。然后,基于近似理论计算公式,分析了柔性铰链的精度特性及工作时的最大应力;采用GlobalSearch全域优化指令和Fmincon局域优化指令对椭圆弧柔性铰链工作方向的最大刚度进行了优化设计。最后,采用有限元仿真和实验验证的方法证实近似理论计算公式的适用性和优化结果的可靠性。验证显示:实验结果与近似理论计算结果的相对误差小于5%,表明提出的方法不仅省去了繁杂的有限元模型建立以及计算和修改的过程,大大提高了设计效率;而且通过优化计算可以得到椭圆弧柔性铰链的最大刚度。

空间光谱成像仪热设计及其分析与验证

为确保空间光谱成像仪的温度水平和温度梯度满足指标要求,分析讨论了空间光谱成像仪整机热设计的特点,根据其结构特点和导热路径,给出了整机热设计方案。采用有限元数值分析方法,建立了整机热平衡方程和热分析计算模型,应用有限元热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行稳态仿真分析,给出了整机热响应性能以及关键部件稳态温度分布云图。热分析结果表明,整机平均温度水平为17.3～23.7℃,温度梯度最大值为1.3℃,获得的分析结果能够满足热控指标要求,为提高整机的可靠性和热设计优化提供了理论依据。最后,通过试验对热设计方案进行了验证,验证结果与数值分析结果吻合较好,其最大偏差均不超过8%,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。试验过程中整机平均温度水平为17.2～22.5℃,温度梯度最大值为1.4℃。

1553B总线上消息的实时调度

为了优化1553B总线传输性能,降低总线上消息传输的延迟时间,讨论了周期消息和非周期消息混合传输情况下总线上的消息调度策略。首先,借鉴周期任务的调度模型对周期消息进行建模,提出了改进的速率单调消息调度算法。然后,利用排队论建立非周期消息的M/M/1排队模型,定量分析了1553B总线的平均响应时间和总线利用率等时间性能参数,并对非周期消息的延迟时间进行优化,推导出总线最优服务率和最小平均延迟时间的计算公式,给出了非周期消息的调度算法。最后,对上述算法在消息混合传输下的可调度性进行了验证。实验结果表明,在总线利用率达96%时,混合消息的平均响应时间为0.713ms。在消息混合传输的情况下,非周期消息的平均响应时间和M/M/1排队模型下理想的非周期响应时间偏差不超过10%。上述算法时间响应特性良好,能够保证周期消息和非周期消息的实时调度。