面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术研究

提出了一种面阵摆扫型无人机载大视场高光谱成像技术,控制基于马赛克型滤光片分光的画幅式高光谱相机在翼展方向进行扫描实现大视场、高光谱分辨率成像。进行外场飞行试验,获取了像质清晰的大视场、高光谱分辨率对地观测图像,飞行作业效率为8.64km^2/h,较单相机成像,作业效率提高约3.4倍。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在无人机高光谱遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载光谱成像技术向大视场、高光谱分辨率方向发展具有一定的参考价值。

基于实时视轴跟踪的像移补偿技术研究

为解决画幅式扫描红外成像技术中翼展摆扫引起的严重像移问题,提出了一种基于实时视轴跟踪的像移补偿技术,对于瞬时视场为100μrad的成像系统,像移补偿精度可达±0.005°(±87.3μrad),补偿效果优于1个像元。该技术能够实现翼展摆扫像移的高频补偿,研究成果对推动机载红外成像技术向宽视场、高空间分辨率方向进一步发展具有重要意义。

热红外相机双目测距系统标定技术研究

针对双目测距系统相机模型标定过程中,热红外相机与常用可见光相机的成像原理、图像质量、信噪比等存在的差异,对比了两种标定靶标:由黑色氧化铝板和镀镍铝板制成的棋盘格靶标、由黑色氧化铝板和镀镍钕铁磁制成的圆形点阵靶标,并分析了以上两者的标定结果。研究结果发现圆形点阵靶标相较棋盘格靶标误差更小,但两者的标定结果模型均具有较高的精度,可满足后续双目视觉的特征点匹配需求。本次研究对于双目视觉在热红外谱段中的应用具有一定的参考价值。

航空红外光电遥感技术最新进展

航空红外光电遥感技术具有可全天时工作、机动灵活、空间分辨率高等不可替代的优势,是遥感科学、国土监测、国防应用等领域的重要手段。发展航空红外光电遥感技术对我国的经济发展和国防建设至关重要。近年来,航空红外光电遥感技术发展很快,在高光谱分辨率红外成像和高空间分辨率红外成像方面取得了重大突破。高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、高辐射分辨率是红外光电仪器发展的重要方向,本文在介绍国际最新进展的同时,给出了上海技术物理研究所航空遥感团队在全谱段高光谱、面阵扫描成像两个方面的重要技术突破,成功应用于土地分类、核电站温排水监测等方面,展示了最新成果。

基于双反射镜的航空遥感成像系统实时视轴稳定技术研究

针对航空遥感垂直对地成像作业时载机姿态扰动导致成像系统视轴在惯性空间晃动的问题,提出了基于双反射镜的实时视轴稳定技术。将视轴稳定功能直接复合在航空遥感成像系统中,基于成像系统中的双反射镜实现视轴在惯性空间俯仰方向和横滚方向的实时稳定。研究成果为实现不同类型航空遥感成像系统视轴在惯性空间的稳定提供了新的思路。

基于红外反射光谱深空物质成分探测技术的研究

红外光谱技术是人类认识客观世界的重要途径之一,由于自然界中所有的物体均可作为红外辐射体,因此红外反射光谱可对目标物进行组分、表面纹理、粗糙度等信息探测。针对国家深空探测需求及火星探测发展计划,研究小组开展了矿物红外反射光谱探测的研究,实验选用9种国家标准岩石粉末并制成表面光滑的圆形靶材,并获取15~333μm红外反射光谱,为深空探测矿物资源开展了深入的光谱特性基础研究。为行星矿物资源及有机物分子的遥感探测建立理论及实验研究基础。

月球及火星探测任务中光谱技术研究与应用

光谱仪器获取目标光谱信息或光谱图像,具备物质成分无损识别和定量反演能力,已成为国内外月球和火星探测任务重点配置的科学载荷,为表面物质成分及矿产资源、形成与演化历史及资源利用等研究提供重要依据。本文简要介绍了近年来国内外月球及火星探测任务中光谱技术的研究进展与应用现状,概述了中国探月工程及天问一号探测任务中七台光谱仪器及其应用状况,进一步介绍了月球及火星光谱探测的典型应用成果。最后,对光谱技术在月球及深空探测领域的应用前景和发展趋势进行了展望和探讨。

基于FPGA的主动隔振载荷检测系统的设计与实现

随着空间精密载荷对星上振动要求的提高,主动隔振载荷在对敏感载荷进行微振动抑制方面的重要性逐渐凸显。为实现低频、小振幅微振动的采集和抑制功能,以满足载荷所需的振动环境要求,本文设计了一个基于FPGA主控板卡和Qt上位机软件的检测系统。通过FPGA控制多路Δ-Σ模数转换器完成微振动信号的同步采集、指令协议的解析、PID控制算法的实现以及驱动控制信号的输出,同时设计了上位机软件实现对遥测信号的实时数显和频谱分析。系统经过集成联调,对主动隔振载荷的实时遥测功能和隔振控制性能进行了测试。结果表明,加速度幅度谱密度积分从1.73×10^(-6) g降至1.41×10^(-7) g,隔振抑制比达到-25 dB,实现了良好的微振动抑制效果,验证了本系统能够满足主动隔振载荷的微振动抑制需求。

空间激光通信中精跟踪系统的实现与优化

简述了空间激光通信中精跟踪系统的组成和控制结构,分析了捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器使用质心算法进行信标光斑定位时的误差来源,对精跟踪探测器信标光斑定位过程进行傅里叶频域分析.推导得到消除质心算法系统误差的理论方案,即信标光波长和精跟踪系统的F数乘积需大于精跟踪探测器的像元尺寸.分析了精跟踪系统实现过程中关键参数的选取过程,结合精跟踪系统的系统参数耦合关系,为了不损失精跟踪视场,在精跟踪探测器镜头前添加孔径光阑进行精跟踪系统优化,以消除精跟踪探测器光斑定位时的系统误差.理论计算和实验证明:当孔径光阑的直径小于9.32 mm时,精跟踪系统的相对孔径小于0.045,精跟踪误差仅为0.03 pixel,相比优化前的精跟踪系统,跟踪精度提高了1.9倍.

轻小型面阵摆扫热红外成像系统研究

研制了一套轻小型面阵摆扫热红外成像系统,采用面阵探测器并结合系统光学元件在翼展方向的摆扫实现了宽视场、高分辨率成像,利用环架反向补偿纠正了横滚姿态扰动导致的视场偏移。通过功能验证试验,获取了视场无偏移的宽视场高分辨率图像。系统光机结构简单,体积、重量优势明显,在轻小型无人机热红外遥感方面应用前景广阔。研究成果对推动无人机载热成像技术向宽视场、高分辨率方向发展具有一定的参考价值。

收发共光路单模光纤耦合光学系统研究

目标散射光至单模光纤的高效耦合是光纤相干探测激光雷达系统研制的关键技术。为获得尽可能高的单模光纤耦合效率,首先分析了Zernike初级像差对单模光纤耦合效率的影响,在此基础上针对收发共光路单模光纤耦合光学系统在真空中使用的需求设计了带有真空补偿镜的耦合光学系统,实测耦合效率为55.9%。最后对耦合系统在不同温度下的耦合效率进行了测试,在(20.4±2)℃的温度范围内耦合效率最低为45.7%,并通过基于角锥棱镜的焦面位置等效验证方案验证了真空状态下的耦合效率与地面测试状态下的耦合效率一致。

利用优化算法对合成孔径激光雷达相位误差补偿的研究

在遥感领域,平台振动是合成孔径激光雷达(SAL)研究中的一个重要问题.目前尚没有针对SAL的平台振动补偿方法.根据对振动机理分析,平台振动的影响体现在相位误差上.根据对振动机理的分析,可以利用多项式描述平台振动带来的相位误差.基于这一转化模型利用优化算法对多项式系数进行优化求解可以达到补偿效果。优化过程需要选取合适的目标函数,用优化后的求解结果补偿回波数据相位,补偿结果再用匹配滤波器进行压缩.通过仿真和实验证明,用优化算法实现相位误差补偿可以达到很好的压缩效果.研究工作为平台振动补偿技术提供了一项选择.

天基合成孔径激光雷达非合作目标成像系统设计与实验

合成孔径激光雷达是合成孔径技术在激光相干探测雷达领域的推广,相比传统合成孔径雷达具有更高的分辨率。相比机载、陆基等应用环境,空间没有大气湍流和机械振动,非常适合合成孔径激光雷达应用,而合成孔径激光雷达本身分辨率不随距离变化的优点,也利于空间大尺度距离探测。建立了对非合作目标进行高分辨率成像监测天基合成孔径激光雷达成像模型,对系统中关键参数进行分析,针对地球静止轨道上的目标进行了系统设计,提出系统实现工程化需要进一步突破的关键技术。结合理论分析,设计了缩比模型验证实验,利用转台模拟空间卫星间运动,得到了方位向分辨率1 mm的目标图像,证明了系统分析的合理性和该系统的实用性,对天基合成孔径激光雷达技术的推广具有一定意义。

基于低秩矩阵近似的低噪宽幅热红外成像技术

为解决强背景弱信号场景下热红外成像系统噪声制约图像信噪比的问题,提出了一种基于低秩矩阵近似理论的低噪宽幅热红外成像技术.利用面阵摆扫方式实现宽幅扫描成像并构建严格的观测矩阵,通过加权核范数最小化方法求解去噪的低秩矩阵形式.试验证明该技术具有较高的峰值信噪比与降噪鲁棒性,在宽幅成像的同时也提高了探测灵敏度.研究成果在红外弱目标识别、广域侦查等领域具有一定应用价值.

高光谱遥感成像技术的发展与展望

地表形态和目标特性是空间对地遥感的两个重要问题.经过近40年的发展,高光谱遥感技术已取得了巨大的进展,从数据获取、处理到应用都积累了大量成果.作为涉及多学科交叉的年轻学科,高光谱遥感技术的发展经历了一个以需求为导向,在发展中又不断探索完善需求的历程.高光谱成像仪作为获取目标图谱数据的重要仪器,其发展对于整个高光谱遥感的发展至关重要.本文分析了国内外不同类型高光谱成像仪的成像体制及应用案例,得出了近40年来高光谱成像仪发展历程所展现出的技术特点,结合当前发展现状,对未来高光谱成像仪的发展趋势,尤其是核心指标的提升和技术体制拓展进行了综合展望,以期为该领域的后续研究提供一些思路,同时为相关领域的科技规划提供参考.

基于长波红外的高空飞机蒙皮辐射测量方法研究

本文提出一种对飞行中的飞机蒙皮进行辐射测量和温度反演的方法。首先建立蒙皮辐射模型、大气传输模型和绝对辐射校正模型,然后推导出温度反演的公式,使用逐次逼近法计算蒙皮温度。在理论分析的基础上,使用8~12μm的宽波段长波红外相机进行试验验证和温度反演,对反演温度的不确定度计算并进行修约,得到5 km飞行高度的民航飞机蒙皮温度的修约结果为268 K,修约不确定度为4K,修约相对不确定度为1.49%。论文研究工作对获取飞机目标红外辐射特性有重要参考价值。

月球资源人机联合多尺度红外光谱成像探测概念研究

面向载人登月以及月球基地建设的潜在应用需求,在调研分析国内外月面资源探测技术的基础上,开展月球资源多尺度人机联合红外光谱成像探测概念研究。从星载遥感、实地勘察、现场分析三个方面,提出广义人机联合模式下的载人登月选址普查、详查、定点监测,人机联合巡视、手持及可穿戴式现场实地探测及勘察,现场采样及分析完成样品的细分与筛选等关键研究构想。

基于热红外高光谱图像的差值均衡校正技术

本文依托于某专项任务研制的热红外高光谱设备开展了部分研究工作,该设备于2016年3月开展了海南东方市的功能飞行试验。针对背景辐射信号恢复,非均匀性两点校正后仍残余光谱维非均匀性的问题,提出了针对热红外高光谱数据谱段内差值均衡的处理方法,进一步提升了热红外高光谱数据立方体的质量,得到不影响原始光谱曲线的图像。

多帧图像编码孔径光谱成像技术

在双色散结构编码孔径光谱成像系统(DD-CASSI)的基础上,提出了利用多帧采样图方法(Multi Frame-DD-CASSI),以提高信息采样率,并提出新的数学模型,实现了对三维数据立方体的光谱维压缩编码,充分利用了光谱维数据的相关性,利用32帧采样图恢复数据,达到了0.99的光谱曲线相似度和40 db的图像峰值信噪比.

天基非合作卫星高精度跟踪算法研究

空间非合作目标跟踪技术可以在多方面发挥重要作用,目前效果较好的图像跟踪算法多是基于视频流处理,但是由于面对的工况与航天应用面对工况不同,在跟踪精度、运算速度、预警率和虚警率等要求上不满足空间目标跟踪需求与任务要求,并且运算复杂难以在航天器中实现,不适合天基卫星跟踪。为解决这一问题,一种面向空间应用的卫星目标高精度跟踪算法被提出,该算法以图像相关、曲线拟合、卡尔曼滤波、SURF算法为基础,并将预测、跟踪和矫正过程相融合,最终获得在天基平台中具有可行性的高速稳定跟踪算法。相关实验表明,这种算法可以对平面内自由旋转、0.4～2.1倍尺度内缩放、有光照变化的图像进行连续跟踪,仿真试验平均跟踪误差小于0.9像素且大多数工况下计算速度高于200帧/s,并且算法对图像模糊、高斯噪声以及椒盐噪声都有较好兼容能力,对于实际模型目标跟踪仍有稳定跟踪能力。