星载红外双谱段高光谱成像仪光学系统设计

针对国内外星载红外高光谱成像数据空白和迫切应用需求,本文提出了星载红外双谱段高光谱成像技术方案,实现高空间分辨率、高光谱分辨率和高温度灵敏度成像。工作谱段覆盖中波红外(3~5μm)和长波红外(8~12.5μm),中波和长波红外谱段的光谱分辨率分别为50 nm和100 nm,空间分辨率为60 m,成像幅宽为60 km,噪声等效温差优于0.2 K。分析确定了红外高光谱成像仪的光学系统技术指标,设计了望远光学系统、光谱成像光学系统和高光谱成像仪整体光学系统。望远光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大相对孔径像方远心和低畸变设计,相对畸变小于0.135%;光谱成像光学系统采用Wynne-Offner结构形式,实现了高成像质量、轻小型化设计,不同波长的传函均接近衍射极限。设计结果表明,星载红外双谱段高光谱成像仪的光学系统成像质量优良,结构布局紧凑合理,具有较强的工程应用价值。

航天高光谱成像仪简述(特邀)

航天高光谱载荷相比于传统的多光谱载荷,在光谱分辨率上有着巨大的提升,随着定量化遥感的发展,天基探测不仅可以对地面目标的几何信息进行采集,更可以利用高光谱数据实现大气、陆地资源、战场环境、海洋物质成份的探测,随着航天高光谱技术的不断发展,高时间分辨率的对全球气候、自然资源、水纹情形的光谱成像已成为可能。高光谱探测依据成像原理的不同,主要可以分为干涉型光谱仪、衍射型光谱仪、滤光片型光谱仪。文中针对其中应用较为广泛的光栅衍射型光谱仪、时间傅里叶变换光谱仪、空间傅里叶变换光谱仪、声光调制滤光片(AOTF)光谱仪、液晶可调谐滤光片(LCTF)光谱仪、高光谱滤光片光谱仪进行了介绍,并针对每种光谱仪的优势及存在的局限性进行了分析。

天基导弹紫外预警及紫外预警探测仪

文章简单介绍了国外导弹紫外预警的研究现状,分析了紫外预警的关键要素。

我国小卫星、微小卫星有效载荷的发展

文章简要介绍了国内外小卫星、微小卫星的发展历史,分析了适用于小卫星、微小卫星的有效载荷的发展趋势,简单介绍了我国光学有效载荷的研究现状,通过归纳分析,就有效栽荷实现体积小型化、功能单一化、接口标准化提出了解决方法。

现代小卫星与光学遥感器

文章运用现代小卫星、微小卫星的研制思路,对适用于现代小卫星的光学遥感器的研制进行讨论,提出了现代小卫星光学遥感器集成化、功能化、模块化、标准化的一体化设计思想,并就一体化设计中光学系统、扫描方式、多功能结构、探测器选择、综合信息处理单元等部分的设计提出了解决方法。

地球资源卫星及其遥感器的发展

介绍了国外地球资源卫星及其遥感器的现状，分析了其发展趋势，提出了发展我国资源卫星及遥感器的建议。

闪电成像仪的实验室定标

闪电成像仪是对地静止的天底成像遥感器,被优化适于在白天和夜间探测和定位闪电。实验室定标是发射前的业务,其作用在于保证遥感器在轨运行的性能。文章着重讨论实验室性能定标。

双状态非线性隔振器参数设计与试验研究

为有效抑制在轨微振动对有效载荷指向精度的影响,并改善其发射段动力学环境,设计了一种双状态非线性隔振器,利用发射与在轨状态载荷条件的差异,使其在两个阶段有不同的隔振频率。分析了各设计参数对发射段动态响应以及在轨隔振性能的影响,提出了隔振器参数设计方法。试制了隔振器样件,进行了静力学测试,并按照发射和在轨两种状态的力学环境进行了动力学试验,测试了隔振器在两种状态下的传递率。试验结果表明,隔振器在发射段准静态载荷作用下可避免出现大变形,并显著改善星载设备的动力学环境。在轨时可有效隔离微振动,将5Hz以上频段受到的扰动幅度下降92%以上。

从可见光到热红外全谱段探测的星载多光谱成像仪器技术发展概述

从可见光到热红外的全谱段探测的多光谱成像仪器能够同时对可见光、近红外、短波红外、中波红外、长波红外光谱范围内的多个谱段进行探测,是目前得到广泛研究及应用的成像光谱仪器。这类仪器在国土资源、环境监测、城市遥感、海洋监管等方面均有较高的应用价值。本文概述了此类仪器的国内外研究发展现状,对国外Landsat系列载荷、MODIS、国内的资源系列载荷、高分五号全谱段光谱成像仪等代表性仪器的技术指标和特点进行了总结。通过分析认为更加全面和精细的光谱覆盖、成像方式的改进与技术指标提高、定标手段和定量化水平提高、数据的持续性及稳定性是未来发展的趋势。

静止轨道瞬态点源多目标闪电信号实时探测技术

闪电是具有代表性的瞬态点源多目标,与雷暴等强对流气象现象有着密切的联系,通过对闪电的观测可获取雷暴雨等强对流天气的分布、变化、定位。文中论述了在静止轨道上利用瞬态点源多目标闪电信号和缓变的云层、陆地与海洋等背景噪声之间存在时间、空间和光谱特性上的差异,采用光谱滤波、空间滤波、帧—帧背景去除三种方法的组合来实现瞬态点源多目标闪电信号的增强与探测的方案及其技术实现,进行了理论分析与试验验证。

空间相机低频隔振系统及试验验证

随着遥感卫星分辨率的提高。星上微振动对空间相机的影响越来越显著。在相机与卫星平台之间安装隔振装置，将飞轮、扫描机构等扰振源产生的振动与相机隔离开来是一种改善其工作环境的有效方法。文章介绍了针对中巴地球资源卫星研制的相机被动隔振系统，以及在地面结构星上进行的联合隔振性能测试。测试结果表明。传递至相机的两个主要扰振频率分量分别得到了96％与98％的衰减，相机图像的抖动量由5～10像元降低至了0．5像元以内。这项工作验证了通过相机隔振解决微振动问题的有效性，并为今后的研制提供了参考。

全景畸变正切改正的高光谱影像视场拼接方法

静止轨道全谱段高光谱成像仪需采用通道分离、视场和机械拼接的方式,并通过扫描镜摆扫获得宽视场、高空间分辨率的高光谱影像,若直接拼接,子视场间不一致的几何变形将使地物光谱信息失真。假设子视场间同名像点坐标的差异是由各子视场内部参数变化引起的,提出以全景畸变正切改正公式为数学模型的区域网平差方法,实现像方坐标系内的视场拼接。并在可见光近红外通道4个子视场仿真影像的基础上完成了视场拼接实验,达到了0.72 pixel的拼接精度。与基于共线条件方程区域网平差的视场拼接方法相比,该方法精度与其相当,且算法更简单,不需要控制点和DEM辅助,适用于初级影像生产。

空间机械制冷机微振动研究

机械制冷机广泛应用于空间红外遥感器中,由于其中存在运动部件,因此工作过程中不可避免地会产生振动,是卫星在轨状态下影响光学遥感器成像品质的重要振动源之一。文章对空间机械制冷机的微振动问题进行了研究,建立了线性驱动对称布置压缩机以及斯特林膨胀机的力学简化模型;分析了2个对置活塞的质量、阻尼、刚度偏差与压缩机整体的振动输出之间的关系,仿真分析结果表明,压缩机整体的振动输出对阻尼的偏差最为敏感;对3种常用制冷机微振动测量方法进行了介绍,对比了3种方法的优缺点,指出扰振力的测试方法对于空间遥感器领域较为适用。

高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统设计

针对高空间分辨率、高光谱分辨率和大幅宽成像的遥感应用需求,提出了高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪技术方案,分析确定了成像光谱仪光学系统指标,设计了空间成像光学系统和光谱成像光学系统。空间成像光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大视场、大相对孔径像方远心设计,系统相对畸变小于0.02%;光谱成像光学系统的狭缝长度超过90mm,采用新型离轴透镜补偿型Offner设计方案,实现了长狭缝高保真光谱成像设计,谱线弯曲和色畸变均小于1/10像元尺寸。设计结果表明,高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统简单紧凑,成像品质接近系统衍射极限,满足星载高光谱对地成像的数据应用要求。

星载高分辨率红外双谱段遥感器光学系统设计

针对高精度红外遥感成像的应用需求,提出了高空间分辨率、高噪声等效温差和大幅宽的中波/长波红外双谱段遥感成像技术方案,在太阳同步轨道获取地面目标的中波和长波红外辐射信息,谱段范围分别为3~5μm和8~12μm,中波红外谱段空间分辨率优于5 m,长波红外谱段空间分辨率优于10 m,幅宽大于20 km,噪声等效温差优于60 mK。根据噪声等效温差和光学传递函数等要求优化了光学系统指标参数,分析了二次成像同轴三反光学系统的冷光阑匹配原理,计算了光学系统初始结构参数,设计了光阑匹配型和出瞳匹配型中波/长波红外双谱段一体化光学系统,比较了两种方案光学系统的冷光阑匹配效果。

星载斜视等距扫描成像

针对传统穿轨扫描成像方式存在的随扫描角度增大分辨率退化严重、大气程辐射差异大影响定量化应用等问题,提出了一种基于斜视等距扫描的成像方法。首先,介绍了该成像方法的原理,根据几何光学理论建立了几何成像模型。然后,基于几何成像模型,给出了大幅宽斜视等距扫描成像过程中扫描方向与垂直扫描方向空间分辨率随扫描角度的关系式,以及幅宽与扫描角度的关系式;进一步给出了该成像体制,通过卫星平台俯仰机动,实现多角度观测时分辨率、幅宽等关系式。最后,结合某预研星载相机进行了仿真分析。结果表明:分辨率退化大幅减小,在扫描角度60°时边缘分辨率退化相比穿轨扫描成像体制的9.3倍降低为2.5倍。为大幅宽成像边缘视场分辨率退化严重的问题提供了一种新的解决途径,对推动超大幅宽、高分辨率、多角度星载遥感的发展具有一定参考意义。

静止轨道闪电探测性能实验室验证技术研究

在空间遥感领域,闪电是具有代表性的瞬态点源随机多目标,闪电与雷暴等强对流气象现象有着密切的联系,通过对闪电的观测可获取雷暴雨等强对流天气的分布、变化、定位、预报。作为有代表性的瞬态点源目标,通过对特定区域的闪电进行连续观察,可以统计出该区域闪电发生的频次和闪电发生周期等特征信息,从而为闪电的预报提供科学依据。由于缺少云顶闪电辐射、闪电分布、闪电瞬态特性等参数,地面模拟缓变的云层、陆地与海洋等背景和云顶闪电存在较大的困难,静止轨道闪电探测类相机的探测率(Lightning Detection Efficiency,LDE)、虚警率(False Alarm Rate,FAR)等探测性能验证由于目标特性的不确定性也变得更加困难。基于闪电信号及云背景的光学辐射特性参数,文章对闪电目标及云背景进行了模拟,实现了实验室闪电场景模拟系统。文章论述了在实验室中利用静止轨道闪电探测相机对模拟的云顶闪电和背景进行成像与探测的试验,通过对探测结果进行综合统计、比对与分析,验证静止轨道瞬态随机点源目标探测类相机的探测性能,为相机的交付和在轨运行提供有力的保障。

新一代多光谱扫描仪焦平面集成技术

焦平面集成技术将成为新一代多光谱扫描仪发展的重要关键技术,文章对焦平面集成技术进行了探讨。新一代多光谱扫描仪的焦平面集成技术包括微型组合滤光片、焦面探测器技术、焦面低噪声读出技术、信号处理技术及其组件耦合技术,文章以可见光平面为例,分析了焦平面集成技术存在的问题和可能的解决途径。

一种用于反辐射导弹的被动红外导引头方案设想

文章介绍了一种用于复合制导反辐射导弹的被动红外导引头的方案设想。以美制某型防空导弹系统的探测雷达作为设想打击目标,结合目标特性对红外导引头相关技术指标进行了分析,介绍了导引头的总体方案。

相对孔径为1:1镜头的光学系统设计

介绍一种相对孔径为1:1的光谱摄像镜头。利用非球面光学表面将复杂化的Petzval型结构形式改进为3片结构,其主要光学参数f=′120 mm,F=1,τ≥90%,系统MTF=0.85时的成像质量所对应的空间频率大于20 lp/mm。结合非球面加工工程化研究需要对该镜头的结构进行优化,给出了多种像差曲线及MTF数据,并对未来可进行的进一步改进进行了探讨。