新型三反射光学系统设计

随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心遮拦小、光学畸变低,而且实现了全色和多光谱CCD的合理排布.设计结果表明:当光学系统的焦距为f=12 000mm、F数为12、成像谱段位于450～900nm时,视场角可以达到1.6°,光学系统的线中心遮拦比低于1/3,光学畸变量小于0.5%,在50lp/mm处调制传递函数优于0.47,成像质量达到衍射极限,可以满足多光谱高分辨率空间相机对地遥感的使用需求.

空间相机热光学分析与试验验证

为了对空间高分辨率相机热设计提出准确的技术要求,基于光学波像差的基本理论,对某高分辨率空间相机的温度场进行热光学分析.在此基础上确定了热控指标,并在真空罐中进行热真空成像试验,验证了热光学分析的正确性和热控指标的合理性.结果表明:最佳焦面位置与相机温度水平的关系近似成线性关系,最佳焦面位置变化量约0.08～0.1mm.℃-1;当温度水平在(20±1)℃之间变化时,像面处在系统焦深范围内,系统传递函数变化量在0.02左右;当径向温差和轴向温差会大于2℃引起最佳焦面位置发生移动,若不调焦,传函会明显下降.

航天相机碳纤维外罩结构及模态分析和试验

采用高强度的碳纤维复合材料T300设计、制造了具有较复杂外形和多级斜挡光环的航天相机外遮光罩,并简要介绍了制造工艺过程。运用有限元法完成了模态分析,利用现有工装联接碳纤维外罩完成了模态测试,得到了其径向模态及其振型,并给出了试验频响函数图。通过比较有限元分析和试验测试数据表明,有限元分析模型与实际产品各阶模态误差均在2.3%以内。由此可见,碳纤维外罩结构合理,采用的有限元分析方法可行,该方法如扩展到大型航天相机动力学建模过程,将对设计相机整机结构具有指导意义。

利用码分多址联合变换相关器实现亚像元像移测量

光学联合变换器(JTC)是实现空间相机推扫成像时像移实时测量的有效技术手段。JTC-CDMA是一种改进的光学联合变换相关器。它通过码分多址技术能够有效降低整个JTC系统的空间带宽积,并实现自相关峰和互相关峰影像的分离,有利于系统的小型化。对JTC-CDMA的基本工作原理进行了分析,并讨论了该技术用于像移测量时所存在的问题。针对这些问题,提出了新的像移测量方法。通过计算机仿真实验对新方法的可行性进行了评估,结果表明:在沿航和穿航两个方向的像移测量RMS误差均低于0.1个像元,完全能够满足空间相机对像移测量低于0.2个像元的要求。

15MHz分子污染监测仪的研制

石英晶体微量天平测试技术可用于监测非金属材料出气和航天器敏感系统表面的分子污染沉积。在地面分子污染监测设备研制的基础上,针对空间应用,设计研制了15MHz温控分子污染监测仪。它具有质量轻、体积小、功耗低的特点。通过一系列测试和地面试验,表明它的监测灵敏度可达2.94×10-9g1cm2,在-40～30℃范围内对探头的控温精度优于0.18℃,并可通过计算机控制其工作温度点,实时数据采集系统具有1次1s的采集、处理功能和良好的软件操作界面。

基于光谱关联修正多光谱相机的带外响应

多光谱遥感可以同时获取地面景物的几何信息和光谱信息,在光学遥感领域具有广泛的应用前景,但多光谱相机的蓝色谱段更易出现带外响应.本文通过建立多光谱遥感相机光谱响应的数学模型,分析了蓝色谱段易于出现带外响应的原因,并根据多光谱遥感相机采用的时间延时积分电荷耦合器件的各谱段光谱响应之间的关系,基于各谱段间的光谱响应关联,提出了蓝色谱段带外响应的修正方法,通过对各种典型地物的统计得到了去除带外响应的修正公式,对典型地物进行修正后的残差可以小于4%,能够满足多光谱遥感相机的应用需求.带外响应的修正结果表明:基于多光谱相机谱段间的光谱关联修正方法对不同地物具有较好的适应性,可以有效地修正蓝光谱段的带外响应.

消畸变、长焦距相机光学系统设计

随着空间光学技术的不断发展,时间延时积分电荷耦合器件(TDI-CCD)相机得到了广泛的应用,TDI-CCD图像传感器的应用不仅提高了相机系统的信噪比而且使相机的光机结构更加紧凑,但光学系统的畸变在推扫过程中会造成像移,并最终导致图像模糊,因此对光学系统的设计提出了新的要求。分析了光学系统畸变对TDI-CCD推扫成像时的影响,研究了空间相机光学系统设计中消除畸变的方法,并进行了光学系统设计。设计了谱段位于450～900nm,焦距f=6000mm,F数为10的三反射消畸变光学系统。设计结果表明,当光学系统视场角为1.6°时,光学系统的畸变量小于0.01%,当面中心遮拦为0.06时,Nyquist频率(50lp/mm)处调制传递函数优于0.50,成像质量达到衍射极限,可以满足高分辨率TDI-CCD空间相机的使用要求。该光学系也适用于多光谱、立体成像和立体测绘等对光学系统畸变有严格要求的相机系统。

强度叠置联合变换相关像移测量方法

为了实现像移测量装置的高速、高精度和小型化,提出一种改进的联合变换相关方法。该方法使用两幅待检测图像强度叠加的方式构造相关输入图像,利用卫星推扫运动所产生的系统像移实现自相关峰和互相关峰在空间上的分离。用于相关运算的图像被缩小到与待检测图像尺寸相当,大幅度降低了测量过程的计算量,从而有利于高速数字联合变换相关器的实现。仿真和实验测试结果表明:所提方法保持了传统联合变换相关像移测量方法的高精度、抗噪声能力强和对图像纹理不敏感的特点,并具有实现高速像移测量的潜力。