低温红外镜头星点检测数据处理方法研究

在实验室模拟低温真空环境对红外镜头进行星点检测时,不能在像面处直接测得星点光源的像,而是通过在焦面处放置反射镜使系统二次成像的方法测得二次成像的弥散斑大小。二次像斑尺寸的变化将能反映出由温度变化引起的被测镜头焦面处像斑尺寸的变化。通过理论推导得出一次像与二次像弥散斑大小的数学关系,并通过对不同尺寸星点光源、不同像质光学系统的仿真分析,得出星点检测法的检测精度与星点孔直径有关,而与镜头本身成像品质无关。

空间光学遥感系统全链路仿真与分析

针对空间光学遥感系统全链路仿真中的建模、验模和应用分析的问题,文章依据光学遥感成像机制,将遥感成像链路分为信号链路、传递链路和噪声链路,分别建立了调制传递函数模型和信噪比模型。利用分环节验证和系统精度验证相结合的方法验证模型精度,基于商业设计软件、手册、实验室测试数据等不同形式进行分环节验证,基于仿真数据与在轨成像数据对比来实现系统精度验证。验证结果表明,调制传递函数全链路模型精度优于80%,信号模型精度优于82%。依据验证后的成像仿真模型,开展在轨成像参数调整仿真分析,针对不同季节、不同区域的成像提出在轨增益调整策略。

亚微米像元器件在空间应用中的光学系统设计

图像传感器是空间光学探测系统的核心部件,探测器像元尺寸越小意味着所能分辨的空间频率越高。小像元器件已经不断被应用于空间遥感领域,以捕捉更多信息,分辨更多细节。在相同分辨率要求下,小像元器件有助于降低系统体积和质量。研究分析了亚微米像元器件的特性以及与之匹配的光学系统设计难点。依据亚微米像元器件地面验证相机的指标要求,进行了初始结构的对比研究,设计出一套含折转镜的施密特光学系统,克服了传统施密特光学系统后焦面置于光路中引入较大遮拦的缺点,实现了基于亚微米像元器件的小F数大口径光学系统设计。该光学系统工作于可见光谱段,口径达300mm,F数为1.67,视场角为2.2°×2.2°,结构紧凑,体积小,像质接近衍射极限。公差分析后,全视场全谱段下调制传递函数在奈奎斯特频率357线对/mm处优于0.3。

低轨道遥感相机光机热一体化分析及优化设计

低轨道卫星热环境复杂恶劣,对遥感相机光机结构的热性能提出了严格要求。本文提出了一种基于在轨温度场的光、机、热一体化仿真分析方法,以某低轨道卫星相机为例,分别采用Thermal Desktop、MSC Patran/Nastran、Code V构建热分析模型、结构有限元分析模型、光学分析模型,分析得出了相机单次成像时间内最极端工况下各反射镜的平移、倾斜及镜间距变化量等结构变形特性,计算了光学系统MTF的变化,并剖析了系统传函的主要影响因素。然后从主承力结构的结构参数出发进行了优化设计,优化结果表明主承力结构线胀系数在(5~5.5)×10^(-6)时系统热特性最优,系统传函满足指标要求。

制冷型中/长波红外双波段一体化全反射式光学系统设计

为避免透射式系统存在的色差问题,采用离轴反射式光学系统,在三镜后加分色片,分别成像到中波探测器及长波探测器的焦面上,实现对中波红外和长波红外两个谱段信息的同时成像。该一体化系统由3个离轴反射镜和一个分色片构成,为校正系统像差,三镜采用XY多项式曲面。采用二次成像结构形式,具有100%冷光阑效率。系统F数为2.67,视场角11.4°×1.8°,工作波段为中波3.55~3.93μm,长波10.3~12.5μm。中波红外系统MTF平均值大于0.5@25 lp/mm,长波红外系统MTF平均值大于0.4@12.5 lp/mm,采用光学被动式消热差法对光学系统进行温度补偿,温度适应范围为-40℃~+60℃。

日盲紫外探测系统研究

日盲紫外探测系统因工作在日盲区而具有独特的探测优势,在民用和军事领域得到了广泛的关注,尤其在导弹告警领域的应用显示了无与伦比的优越性。研究了紫外导弹告警的原理及优势,分析了紫外告警成像系统的关键技术;针对紫外导弹告警系统的应用需求,制定了日盲紫外光学系统的设计指标,分析了光学系统初始结构的选取方法,根据像差理论合理分配光学系统的光焦度,运用光学设计软件Zemax进行了系统的优化设计和像质评价,最后设计完成了一款焦距.f'=150mm,相对孔径1:3,视场2ω=±4°的日盲紫外光学系统。系统共用了5片透镜,总长160mm,各视场能量集中度在增强型电荷耦合器件(ICCD)的像素尺寸(25μm)内均大于90%,光学传递函数在奈奎斯特频率(20 lp/mm)处高于0.7,具有成像质量优异、结构简单紧凑的特点和很高的实际应用价值。

基于改进维纳逆滤波的衍射成像光谱仪数据误差分析与重构

衍射成像光谱仪探测到的高光谱数据需要进行计算与反演才可以得到成像光谱数据,本文对衍射成像光谱仪的成像过程及数据误差产生的原理从空间维和光谱维两方面进行了分析,并针对其光谱重构过程中系统点扩散函数标准差较大时重构结果清晰度较低、存在振铃等问题,提出了基于改进维纳逆滤波的光谱数据重构算法,该方法在分析衍射成像光谱仪数据特点与误差的基础上,将每一次维纳逆滤波的重构结果视为新的模糊图像,利用成像过程及维纳逆滤波的基本原理确定新的模糊图像对应的点扩散函数,反复进行维纳逆滤波达到提高图像清晰度的效果,再根据图像自身的空间和光谱特征分布,进行自适应性的噪声去除.利用模拟的衍射成像光谱数据进行验证,在系统点扩散函数的标准差为2.5的情况下,能得到无振铃的重构结果,且与传统维纳逆滤波法的重构结果进行比较,清晰度、细节能力等指标均有所提高,满足了衍射成像光谱数据应用需求.