星载光学遥感成像系统复杂性分析

为研究星载光学遥感成像系统的复杂性,由复杂系统的基本特征与系统研究的基本原则出发,通过对成像全链路流程的分析,确定光学遥感成像系统的复杂性来源及其表现形式。建立星载光学成像的数学模型,以系统重要参数——调制传递函数为基点,通过正过程建模分析和逆过程测量计算相结合的方式,分析了系统复杂性研究的基本原则,即还原论与整体论相结合、定性与定量相结合的过程。由正、逆过程的对比分析,一方面阐述了系统性能与各个环节参数之间的关系,另一方面又由正则化盲反卷积的方式得到图像中真实的调制传递函数。二者相辅相成,既能通过补偿系统复杂性因素影响提升系统性能,又能进一步指导系统优化设计。

新型遥感光学立体成像系统的光学系统设计

用前视、直视和后视三个相机及相应的传感器阵列 CCD以获取地面的不同视角下的信息 ,通过计算机处理得到地面的立体图像的技术是 80年代发展起来的新型遥感光学立体成像技术 ,本文简述了遥感光学立体成像原理 ,详述了整个系统的主要参数斜视相机倾角、扫描频率、地面分辨率、直及斜视相机焦距和视场角的确定 ,对光学系统的设计进行了详尽的分析。设计出了性能很好。

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。

微小型自适应光学系统及其在星载光学遥感器上的应用

主要阐述了自适应光学系统的微小型化和集成化趋势,介绍了国内外微小型自适应光学系统的研究概况、水平和发展趋势,探讨了微小型自适应光学系统在空间光学遥感器上应用的系统构思及可行性,进行了空间光学遥感器主镜温度场变形的自适应光学闭环校正模拟实验,闭环后波前的PV值小于λ/4,RMS值小于λ/30,改善了波前质量。

一种光学遥感成像系统优化设计新方法研究

针对空间光学高分辨率遥感器,既要实现轻小型化,又要获得高品质遥感图像的要求,文章提出一种空间光学遥感成像系统优化设计新方法;综合考虑成像链路各环节因素,采用全面的指标设计和合理的优化设计流程来改进空间光学遥感成像系统的总体指标和成像品质,并显著降低遥感器的研制难度。通过比较全链路优化设计方法和传统设计方法的仿真结果及其评价指标,验证了全链路优化设计方法可行性和优势。

基于空不变图像复原的光学遥感成像系统优化

提出了依据复原处理来优化设计遥感成像系统的思想。对影响复原处理性能的主要链路环节因素及其关系进行了理论分析、半物理和仿真实验以及正交试验。通过复原问题的数学模型,从理论上提出相机调制传递函数(MTF)的空间变化性(MTFSV)、数据压缩比(CR)和非均匀性校正残差(NCR)是影响空不变复原处理的主要因素;然后通过搭建半物理平台和仿真实验,分析上述因素导致的处理误差对复原图像判读质量的影响;最后利用组合数学理论,通过MTFSV、CR、NCR多因素多水平图像复原的正交试验,建立它们与处理性能间的关系量表。实验结果表明:在遥感成像系统MTFSV小于10%、CR小于4∶1、NCR不大于3%,而系统MTFN仅为0.07的情况下,采用空不变复原处理仍可提高图像MTF面积达70%以上,且能保持图像信噪比(SNR)不变,而处理误差所致的图像失真也不会影响判读质量。

采样式航天光学遥感成像系统混叠噪声

为了准确计算采样式航天光学遥感成像系统中混叠噪声的权重和分析系统设计参数的影响,采用经验景物模型,模拟成像系统主要噪声源的统计特性,提出了一种含混叠的成像系统噪声计算模型。采用该模型,以某卫星高分辨率相机成像系统为例,计算混叠噪声功率占总噪声功率的百分比,并对不同λF/p参数和不同景物参数的情况进行了仿真。结果表明:该卫星高分辨率相机成像系统中,混叠噪声占较大比重;当提高λF/p时,可有效降低混叠噪声。

低成本小型化遥感光学系统设计

随着航空航天成像技术的发展,遥感成像观测系统需求不断增加,为了简化光学系统的加工装配复杂度,缩小光学系统体积,该文提出了一种低成本、小型化遥感成像光学系统设计方法。在全球面镜的基础上,配合氟化钙等低色散材料,设计了一种焦距2000 mm,适用于5.08 cm(2 inch)探测器的光学成像系统,该系统在50 lp/mm处MTF(调制传递函数)优于0.41,体积与R-C系统接近,系统的球面主、次镜避免了在加工装调时使用非球面补偿器,降低了加工装调成本。同时设计了新型百叶窗遮光罩结构,有效避免了传统外遮光罩结构形式体积过大的问题,规避角大于12°后PST(点源透射比)值均小于10^(-6),且光学体积仅为ф227×421 mm^(3),远小于传统外遮光罩形式。该系统具有低成本、结构小型化、轻量化、像质优良、杂散光抑制良好等优点,在工程应用中可以满足航空航天成像系统的使用要求。

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。

典型星载遥感器光学系统总剂量效应防护方法与设计

针对空间不连续工作的典型星载光学遥感器的结构和光学系统,进行抗辐射薄弱环节与总剂量效应的仿真分析计算,提出在遥感器入光口遮光罩处增加防护盖以降低光学系统中辐射吸收剂量预示最大位置处的吸收剂量,并对防护盖的具体参数进行仿真优化设计。研究表明:光学系统各光学部件所在位置辐射吸收剂量处于不均匀状态,接收地物信息的第一镜体处的预示值最大;安装防护盖后,可大幅降低该处的辐射吸收剂量,使之与其他部位的吸收剂量处于同一量级水平;防护盖的实施参数以厚度1~3 mm、距离入光口遮光罩端部小于20 mm为最佳。文章最后描述了防护盖设计方法的通用性,给出了防护盖的适用技术条件。

吉林一号轻型高分辨率遥感卫星光学成像技术

为了实现吉林一号光学遥感卫星轻量化设计与高分辨率多光谱多模式成像,采用星载一体化设计理念及敏捷多模式成像策略,完成了吉林一号卫星的指标、方案及关键技术的设计与在轨多模式光学成像。吉林一号整星的质量为450kg,有效载荷比高达40%,机动能力达2.1(°)/s,可实现大侧摆、同轨立体与条带拼接等多模式成像,结合星上800GB的FLASH存储能力和X波段双通道600 Mbps的数据传输能力,卫星每天可获取近150 000km^2的图像数据。吉林一号轻型高分辨率光学卫星于2015年发射入轨,运行在656km太阳同步轨道,地面全色和多光谱分辨率分别优于0.72m和2.88m,满足多行业应用及商业化运营的需求。

二元光学超光谱成像仪分光系统设计

二元光学元件用作透镜在原理上色差非常大,若不在设计上做出补偿,则会限制其在宽波段上使用。阐述了利用二元光学元件色散特性的新型超光谱成像仪的基本原理和应用前景。由于国内加工衍射透镜工艺条件的限制,提出利用折衍混合透镜代替衍射透镜来实现色散和成像,介绍了此透镜系统的设计方法,利用光学设计软件进行分析和评估,希望对二元光学超光谱成像仪的设计具有指导意义。

航天光学采样成像系统MTF的优化设计与MTFC

简要介绍了成像链、成像系统和遥感系统的概念;对像质和像质差异的表征和度量、成像系统性能的表征等予以说明;重点探讨航天光学采样成像系统MTF的优化设计与MTFC问题,并给出讨论结果。

地球静止轨道膜基衍射光学成像系统的发展与应用

地球静止轨道高分辨率光学成像可以同时获取具有高时间和高空间分辨率的图像，可以长期驻留固定区域上空，根据需要快速调整成像监视区域，进行灵活的任务编排，对灾害环境和热点地区进行持续监测，在较窄的时间窗口内对时效要求高的目标进行监视和观测，可以满足环境、资源、气象、减灾、应急以及军事等多项业务系统的需求，是航天光学遥感的重要发展方向。

推帚式超光谱成像仪光学系统的选择

能量利用率和宽视场是目前空间光学系统设计研究的热点之一。着重从能量、视场两方面分析了短波红外推帚式色散型超光谱成像仪望远系统和光谱仪系统的结构特点和光学性能。结果表明:采用离轴三反结构的望远系统+棱镜色散型光谱仪系统是比较好的方案。

航空遥感相机光学系统设计

地球静止轨道区域凝视成像监视的目的就是为了及时发现和生成地面目标特征和参数,光学成像遥感技术是现代对地观测的一个重要手段。通常长焦距、大视场遥感系统的光学系统设计是通过提高光学成像遥感器的质量、加长焦距、提高记录介质的分辨力、提高系统的传递函数等措施提高其性能的。介绍焦距为36 m,视场角达到0.75°的三反射式光学系统的设计过程,给出了设计结果。该系统实现了范围为90 km×90 km的瞬时对地扫描,摆动后能够对地面900 km×450 km区域实现凝视成像。

海洋和水环境航空光学遥感系统

本文介绍海洋环境监测的要求,以及构成航空水光学遥感系统的三种仪器 ——红外/紫外扫描仪、高光谱成像仪和激光荧光系统的工作原理和应用范围。

星载高光谱成像系统发展综述

高光谱遥感技术通过记录地表物体在多个连续波段下的光谱信息,实现高精度的地球观测与分析。为了获取更多地物目标的细节信息,研究人员提出了对高光谱成像系统各项参数指标的新要求,国内外开展了大量相关研究。随着卫星技术的成熟,高光谱遥感平台从最初的机载平台逐渐发展到星载平台,促进了高光谱遥感图像在地质、农林业、环境监测等领域的广泛应用。目前,多数光谱成像系统选用传统的光学器件来实现分光,将计算光学与高光谱遥感结合,有利于集成更紧凑便捷的成像系统。文章首先介绍了高光谱成像系统的主要类型和原理,随后对近30年来典型的星载高光谱成像系统及载荷进行了综述,梳理了典型国内外星载高光谱成像系统的发展现状,并对不同国家成像系统的性能指标进行了对比分析,总结了相应的发展历程,并对未来星载高光谱成像系统的发展作出了展望。

视轴晃动引起的空间遥感系统成像质量退化计算机仿真研究

视轴(LOS)晃动是引起空间遥感系统成像质量退化的主要因素之一.本文分析了几种典型的LOS晃动效应,对它们的光学传递函数(OTF)解析模型进行了讨论.简要叙述了基于数字图像的计算机数字仿真方法,给出了包含不同参数条件像移和机械振动效应的仿真图像,并参照美国国家图像解译评定等级(NIIRS)对像质损失进行了定量计算.仿真结果表明,计算机仿真对于预测和评定LOS晃动引起的空间遥感系统成像质量退化是一种直观、有效的方法,在系统有效载荷设计阶段有助于合理地控制和选取技术参数.

高分辨率成像光谱仪的光学系统设计方案

德国空间局和欧洲空间局在各种空间飞行计划中已经提出高几何和空间分辨率成像光谱仪光学系统的设计方案。成像光谱仪测量光谱间隔5—15nm。