静止轨道光学遥感器的滤光轮机构

为实现静止轨道空间光学遥感器的多谱段成像,研究了光学系统特定谱段的多光谱成像的方法。对两种滤光模式进行了对比,选择透射式滤光方案进行不同谱段光线的切换。结合本项目光学系统的特点,确定了在光学系统中光线集中度较高的焦平面附近设置滤光轮机构的方案。通过对多种转动机构特点的比较,设计了一种基于正五棱锥台基座的新型滤光轮机构,该机构由滤光轮组件和滤光轮驱动机构两部分组成。介绍了滤光轮机构的组成和工作原理,最后,在环境模拟试验前后对滤光轮机构进行了综合性能测试。测试结果表明:该机构具有结构强度高、结构紧凑、精度高、稳定可靠等特点。试验前后滤光片面形精度RMS值均优于λ/30,机构转动精度优于25″,机构自锁性能良好,满足复杂空间环境下光学遥感器多谱段成像的要求。

空间多光谱成像的旋转滤光轮机构动力学试验研究

分时获取不同谱段的光谱信息是空间多光谱成像的前提。为了满足卫星相机多光谱成像中的光谱细分要求,设计了一种高精度、高稳定性分光器装置,通过周边安装的步进电机驱动大尺寸角接触球轴承实现滤光片频繁的切入切出运动。采用数值模型与模态试验方法验证机构的动力学特性,根据正弦扫频及随机振动试验分析滤光轮机构在卫星发射阶段的有效性,一种地面微振动试验用以描述滤光轮机构的在轨稳定性。数值分析与试验结果表明,旋转滤光轮机构满足发射安全性与在轨稳定性需求。这类周边驱动大尺寸薄壁轴承的新型旋转滤光轮为大口径卫星相机的空间应用提供了一种新途径。

大尺寸薄壁轴承滤光轮机构的设计与试验

为实现光学遥感器的多谱段成像,设计了一种基于大尺寸薄壁轴承的滤光轮机构,将不同光谱透过率的滤光片分时切入光路,配合探测器成像。以大尺寸薄壁轴承作为外围支撑,实现滤光轮机构的360°旋转运动。对研制产品进行力学环境试验,对同批次试验件进行1:1真空寿命试验,试验前后对产品和试验件分别进行功能性能测试,结果表明机构的刚度和驱动力矩裕度指标均优于总体要求。对寿命试验后的固体润滑轴承进行了拆解分析及寿命评估,结果显示寿命末期轴承磨损正常,未发生失效。通过试验对比分析表明,基于大尺寸薄壁轴承滤光轮机构的设计方案具有可行性。

滤光轮分光的近红外彩色成像系统

研制了滤光轮分光的近红外彩色成像系统。针对一款光谱响应延伸至近红外波段的CMOS大面阵黑白摄像机,设计加工了大小适合的滤光轮和与光谱匹配的滤光片。根据滤光轮载荷选择了微型电机,并采用由时间同步装置产生的脉冲信号触发滤光轮的转停;采用基于灰度世界理论的RGB融合算法形成彩色图像。室内外的成像实验表明:该系统实现了近红外波段的彩色成像,尤其是夜天光中的近红外辐射,使夜间拍摄的图像亮度得到了明显的提升。

基于滤光轮双相机系统的高光谱分辨率成像

滤光轮光谱成像系统在光谱成像领域应用广泛,空间分辨率高,但是光谱分辨率较低。针对这一问题,提出了基于滤光轮双相机系统的高光谱分辨率成像,设计了一种基于插分补偿的多光谱计算重构方法,实现系统的高光谱分辨率、高空间分辨率成像。首先利用滤光轮双相机成像系统采集多光谱图像以及RGB图像,然后从多光谱图像获取离散的光谱响应曲线,最后根据RGB三通道数据与光谱高维数据之间的映射关系以及能量守恒定理,进行光谱响应曲线的插分补偿并实现高光谱分辨率成像。实验结果表明,本文方法能够在保持空间分辨率的情况下,高效地实现光谱分辨率为5 nm甚至更高光谱分辨率的成像,重建结果与真实值的均方根误差为0.017 1,具有较好的准确性和鲁棒性。

“高分四号”卫星凝视相机的技术特点

"高分四号"卫星凝视相机具有高时间分辨率、较高空间分辨率和较大成像幅宽的特点。它包含可见光近红外(VNIR)通道和中波红外(MWIR)通道,VNIR通道有5个谱段,MWIR通道有1个谱段,具备昼夜成像能力。相机光学系统为折反射系统,采用分色片实现VNIR与MWIR谱段分离,利用旋转滤光轮将入射VNIR辐射分成5个谱段。VNIR焦面组件采用全局电子快门CMOS面阵探测器;MWIR焦面采用HgCdTe面阵探测器,由脉冲管制冷机制冷到80K。MWIR谱段采用两个黑体进行星上定标。基于用户需求和地球静止轨道环境开展了相机与卫星平台一体化设计、光学系统力学和热学稳定性设计、微振动抑制设计、活动机构长寿命高可靠性设计。