长焦距大视场光学系统的光机结构设计

为了实现某长焦距大视场轻型离轴三反空间相机的光机结构设计,基于SiC材料空间反射镜,采用适合于轻型高分辨空间相机的桁架结构,对离轴TMA系统的支撑结构进行了静力学、动力学建模,优化了结构形式。采用光机热集成分析方法,指导、评价和优化相机光机结构设计过程,提高结构固有频率,增强相机热稳定性适应范围。相机结构设计基频>93Hz,在±4℃均匀温变工况和重力作用下,相机光学系统传递函数(MTF)达到0.37;反射镜组件加速度响应最大放大倍数<6倍。结果表明,采用该方法设计的相机结构固有频率高,重力变形、抗振性能、热变形等方面均能满足使用要求。

大视场、长焦距空间光学系统的设计

大视场、长焦距、小体积是空间光学系统设计研究的热点。当光学系统口径一定时 ,在相同的轨道高度条件下 ,增大焦距可以提高地面分辨率 ,增大系统的视场角可以扩大对地面的覆盖宽度。由于全反射系统具有独特的无色差等特性 ,成了目前研究热点 ,尤其是以三块反射镜组成的全反射式光学系统 ,结构最简单 ,而且像质很好。本文尝试性进行了这方面的设计 ,系统的焦距为 10m ,视场可达到6° ,所研究的光学系统三个反射面都是二次曲面 ,且所有光学面都离轴放置 ,避免了中心遮拦 ,从最后的像质评定可以看出 ,系统的质量基本上达到了衍射极限。

长焦距TDICCD遥感器光学系统的特点和发展趋势

文章介绍了国外有关长焦距TDI CCD遥感器的研究情况,结合实际的设计经验,系统地阐述了此类系统的特点和其可选的光学系统结构型式的特点,总结出长焦距TDI CCD遥感器光学系统的发展趋势。

长焦距TDI CCD遥感器光学系统研究

介绍了国外有关长焦距TDI CCD遥感器的研究情况,结合实际的设计经验,系统地阐述了此类系统的特点和其可选的光学系统结构型式的特点,总结出长焦距TDI CCD遥感器光学系统的发展趋势。

大视场星敏感器光学畸变对焦距标定影响建模分析

光学畸变是大视场星敏感器标定的重要误差源之一,由于各误差之间存在耦合,光学畸变将会影响焦距标定精度。针对此问题,基于针孔模型,建立了光学畸变对焦距标定影响的数学模型,推导得到了采用最小二乘法时标定用导航星的入射角参考阈值β_(max),为星敏感器的焦距标定提供了理论参考。仿真实验表明,与标定用导航星的部分或全部入射角大于β_(max)时的焦距标定精度相比,标定用导航星的入射角均小于β_(max)时的焦距标定精度分别平均提高了5倍和10倍左右,有效降低了光学畸变对焦距标定精度的影响。

复合材料在长焦距空间光学遥感器上的应用

对碳纤维增强聚合材料(CFRP)和碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料在空间光学遥感器的应用进行了介绍,并以某长焦距空间光学遥感器的主支撑结构为例,对应用不同材料时遥感器的质量、固有频率、热位移等进行了研究。研究结果表明:应用复合材料能够使主支撑结构质量降为278kg,从而降低发射成本;结构具有较大的刚度,固有频率为156.09Hz,满足设计指标;可以更加有效控制结构热变形引起的光学元件刚体位移,提高成像品质。文章对复合材料更好地应用于长焦距空间光学遥感器,具有一定的参考价值。

一种新型超大视场小畸变光学系统

光学遥感器正朝着高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、大视场等方向发展。在传统空间遥感系统的研制过程中,分辨率与大视场互为矛盾,但在某些场合下,不仅需要图像具有较高的分辨率,而且需要具有较大的视场。解决这一矛盾对空间光学的发展具有积极作用。文章介绍了一种新型多尺度单心光学系统,从其设计原理出发,给出了一个多尺度单心光学系统的设计实例。经验证该系统能够实现大视场,像面照度均匀、畸变小,全视场具有一致分辨率,无需扫描即可获取大视场图像。文章介绍的这种成像系统结构对未来超大视场高分辨率空间遥感器的设计提供了参考。

共轴偏光瞳宽视场折轴三反射光学系统设计

共轴偏光瞳系统克服了共轴系统视场角有限,离轴系统加工和装配困难等缺点,能更好满足空间对地观测等领域的要求。由共轴三反系统求解共轴偏光瞳无遮拦三反射镜光学系统的初始结构参数,设计了焦距为3000 mm,F数为10的共轴偏光瞳的三反射光学系统。设计结果表明:该系统视场角达8°×0.8°,空间频率50 lp/mm,调制传递函数值均大于0.55,接近衍射极限,满足系统对成像质量的要求。

星载光学遥感器地面幅宽与轨道参数之间关系

以太阳同步轨道为例,讨论了星载光学遥感器地面幅宽与轨道参数(特别是轨道高度)的关系,提出了满足星载光学遥感器地面幅宽要求的太阳同步轨道高度的选取方法。从地球非球形摄动理论的讨论开始,引出了太阳同步轨道的定义。通过引入假想交点的概念,推导出了交点周期、基本交点距与轨道高度的关系。基于上述讨论,得出了满足幅宽要求的轨道高度的约束条件。首次提出了假想交点这个概念,该概念的提出对太阳同步轨道相关理论的理解以及一些重要公式的推导有很大的帮助。推导出的太阳同步轨道交点周期与轨道半长轴的关系式已成功应用于某课题的太阳同步轨道设计中。

基于Q型非球面的全景环带红外光学系统设计

全景环带光学系统凭借周视范围实时成像的特点已在超大视场光学领域中得到了广泛应用。传统的全景环带光学系统将折射、反射面集成在一片块状透镜中,光线在其内部进行多次折、反射导致头部单元体积较大,同时红外透镜材料密度大、折射率温度稳定性差等特点也与光学遥感器轻量化、可靠性高的应用需求相矛盾。文章基于像差理论,讨论了全景环带两反射镜红外光学系统头部单元初始结构设计方法,将Q型(Q-Type多项式)非球面引入全景头部单元增加优化变量,用偏离因子因子k_(RMS)数值表征非球面加工难度,设计了以两反射镜为头部单元的全景环带红外光学系统。该系统在奈奎斯特频率(20线对/mm)处调制传递函数优于0.5;全视场像元(25μm×25μm区域内)能量集中度优于65%,像质评价结果表明其成像品质良好。该设计在缩小系统体积、提高光学设计优化效率方面有很大的改进,满足超大视场实时成像的应用需求。

漫反射板全光路全视场全口径在轨辐射定标技术

空间光学遥感器辐射定标包括发射前实验室辐射定标和在轨辐射定标。中国空间光学遥感器寿命由最初2~3年已延长到8~10年,需要建立在轨辐射定标系统。文章在总结美国、法国、英国同类相机在轨辐射定标方法的基础上,结合中国漫反射板研制基础及工程实现能力,以某项目需求为背景,提出了大视场可见–近红外空间相机全光路全视场全口径在轨辐射定标方法。星上定标系统由漫反射板、稳定性监测比辐射计组成。漫反射板置于入光口前,定标时刻漫反射板展开后,太阳照亮漫反射板形成已知光谱辐亮度的近似朗伯面光源,直接实现空间光学遥感相机全孔径、全光路和全视场的星上辐射定标;稳定性监视比辐射计用于漫反射板星上稳定性监视及其双向反射分布函数（BRDF）修正,确保长期在轨运行过程中空间光学遥感相机的数据产品的绝对辐射定标精度。经过分析,该方法下相机绝对辐射定标精度优于5%。

星敏感器光学系统参数的确定

光学系统是星敏感器的重要组成部分。选择合理的参数不但能确保星敏感器达到预期的性能 ,而且有助于降低产品的研制成本。本文介绍一种确定光学系统参数的新方法 ,包括通过参考比较已有星敏感器及其光学系统特性来选取新光学系统焦距、相对孔径和视场 ;根据所选取的参数预计星敏感器的捕获概率 ;

大视场航天遥感器的光学系统设计

设计了一个主镜为凸面的三镜无遮掩全反射光学系统。采用共轴系统设计、离轴视场使用的成像方式,避开了中心遮光,实现了大视场。其视场角为30°×2°,焦距为600mm,相对孔径为1/5 6。各个面都是二次曲面,成像质量接近衍射限。结果表明,用这种方法设计的系统在航天遥感领域具有很好的应用前景。

基于光学自由曲面的离轴三反光学系统

为了研制长焦距大视场离轴三反空间光学系统,描述了自由曲面光学数理模型,设计了基于自由曲面的离轴三反光学系统。针对焦距为4 500mm,成像视场角为11°,系统总长与焦距的比值为1/3的光学系统,对比分析了传统离轴三反光学系统和次镜为自由曲面的离轴三反光学系统的关键性能。在提出的光学系统中次镜采用自由曲面设计,提升了光学系统的像差平衡能力;最终选用相对孔径为1/9.5的设计方案,使光学系统全视场平均波像差优于0.030λ(λ=632.8nm),平均传递函数优于0.434(71.4lp/mm),接近衍射极限;在同等条件下系统设计传递函数比传统离轴三反系统提高5%以上。优化设计后光学系统自由曲面次镜与理论球面偏差为1.1λ,采用定制的标准球面镜结合基于数字样板的非零位检测方法可完成面形实时高精度检测,解决了大口径凸自由曲面检测的难题。结果表明,采用基于自由曲面次镜的空间光学系统,具有体积小、技术可实现性强、波像差和传递函数等关键性能优越等优点。

空间相机共轴三反红外光学系统设计

针对空间光学系统长焦距、大视场、轻质量、小外形尺寸、大相对孔径、高成像质量的特点和发展趋势,利用ZE-MAX求解并优化空间相机共轴三反光学系统的结构参数,设计出了焦距为5 000 mm,F数为10的共轴三反射光学系统。设计结果表明:该系统视场角达8°,空间频率为50 lp/mm,调制传递函数值均大于0.4,接近衍射极限,满足高分辨率空间相机不同的使用要求。该设计对空间相机红外光学系统结构选型、设计与制造具有一定的理论指导作用和意义。

高分辨率空间光学遥感器波像差的无波前传感器自适应光学校正

高分辨率空间光学遥感器在轨工作时,由于受到各种因素的影响,无法清晰成像,目前多采用自适应光学方法与技术进行校正。传统自适应光学系统体积较大,结构复杂,难以应用于高分辨率空间光学系统的在轨校正。无波前传感器自适应光学系统去除了传统自适应光学中的波前传感器,大大简化了系统结构,具有体积小、易于实现等优势,特别适用于高分辨率空间光学遥感器的在轨校正。提出了一种利用无波前传感器自适应光学解决高分辨率空间光学遥感器大口径面形误差校正以及宽视场校正等问题的方法。通过对典型的三反射式空间光学遥感器进行仿真研究,验证了利用无波前传感器方法校正大口径主镜面形误差的有效性。搭建了宽视场校正原理性实验平台,通过实验验证了宽视场无波前传感器校正方法的有效性。

大视场高分辨率自由曲面成像光学系统设计

自由曲面是一种非旋转对称的面型,具有很强的非对称像差校正能力,为了满足空间遥感光学系统大范围高分辨率成像的使用需求,应用自由曲面设计了一款大视场长焦距离轴三反系统。首先基于矢量像差理论直接获得了无遮拦的二次曲面初始结构,二次曲面初始结构通过反射镜的倾斜和偏心避免光线发生遮拦,再利用自由曲面对初始结构的像差进行校正,通过光学设计软件对二次曲面初始结构进行优化设计获得了最终的自由曲面离轴三反光学系统。自由曲面离轴三反系统的视场角为16°×1°,焦距为2000 mm,入瞳直径为235 mm,调制传递函数曲线接近衍射极限,最大相对畸变为0.37%,光学系统在公差范围内具有良好的成像质量。

眼镜、放大镜、显微镜、望远镜

TH743 2004032332 长焦距、大视场、离轴望远系统的光学设计=Optical design on the off axis telescope with long focal length andwidefield of view[刊,中]/常军(中科院长春光机所国家应用光学重点实验室.吉林,长春(130022)),翁志成…∥光电子·激光.—2003,14(7).