用于遥感光谱探测的干涉成像光谱技术

由于干涉成像光谱仪具有高通量、高光谱分辨率和光谱多通道等优点，成为超光谱分辨率遥感方面的研究热点，文章简要分析了国内外的研究现状和干涉成像光谱仪的应用前景，主要介绍时间调制型干涉成像光谱仪和基于变形Sagnac干涉仪、双折射棱镜及Savart板等空间调制型的干涉成像光谱仪的形式、原理和特点，分析了其光学结构和影响光谱分辨率的因素。     

超光谱成像仪的实验室定标

星载超光谱成像仪是一种空间调制型干涉光谱成像仪,文章研究了一套适用于干涉成像光谱仪、具有一定精度的实验室定标方法,满足了超光谱成像仪的实验室定标要求。采用激光光源进行光谱定标,光谱定标精度优于2nm。用远距点光源光路进行CCD探测器像元响应不均匀性修正,并进一步用天空背景光或均匀平行光进行全系统光能传输不均匀修正,实现了干涉图平场,相对定标精度达到2.46%。采用太阳模拟光源和均匀平行光路,用光谱辐射度计（ASD）实现标准辐射亮度的传递进行光谱辐射度定标,绝对定标精度达到8.21%。     

星载高光谱成像仪数据地面预处理系统设计

环境与灾害监测预报小卫星星座A星(简称环境-1A卫星,HJ-1A)上搭载的高光谱成像仪(HSI)是我国第一个对地成像的干涉成像光谱仪,具有多谱段、高光谱分辨率的优点.针对高光谱成像仪的特点,设计了星载高光谱成像仪数据地面预处理系统.该系统由产品生产、质量检测和定标处理单元组成,集成了高光谱成像仪数据完整性处理、背景处理...     

基于光谱特性的高光谱图像压缩方案

根据干涉型高光谱成像仪成像特点,提出了一种针对干涉型光谱仪所获得高光谱图像的基于光谱特性的图像压缩方案。由于光谱信息最终从“点”十涉图像中恢复,因此方案中首先通过高精度匹配技术将原始“像面”干涉图像序列“重组”成“点”干涉图像,然后针对“点”干涉图像序列进行压缩。在重组过程中采取基于光流的亚像素级匹配和基于梯度的三角插值算法,实现了高精度的图像匹配重组;在压缩环节利用“点”干涉图像与光谱信息之间的傅立叶变换关系,提出一种能够很好保持频谱特性的基于一维DCT的压缩算法。实验证明,压缩算法总体性能远高于针对“像而”干涉圈序列的压缩算法．很好地控制了光谱信息的失真。     

环境减灾-1A卫星空间调制型干涉光谱成像仪技术

介绍了空间调制型干涉光谱成像技术的基本原理,结合为环境与灾害监测测预报小卫星研制的超光谱成像仪总体方案,阐述了该类仪器的主要技术参数设计方法,以及光学、机械、电子、定标和数据复原处理等环节的关键技术,给出了仪器在轨运行获得的部分超光谱数据,以及仪器的应用潜力.     

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。     

大孔径静态干涉多光谱图像压缩算法

基于大孔径静态干涉成像光谱仪的成像特点,提出了一种适合于干涉多光谱图像的不等重要性权值率失真优化等级树压缩算法。该算法根据干涉多光谱图像在空间和频域的特点,对小波系数从空间方向树上按空间域中各光程差对恢复光谱信息的贡献重要性不同赋予不同的重要性权值,这样不仅弥补了SPIHT算法在码率分配上的不足,而且有效的保护了频域中的光谱信息。实验结果表明,该算法比传统算法更好地保护了多光谱图像的光谱信息,在8倍压缩比下,满足该类干涉多光谱图像压缩系统的质量要求。     

空间太阳极紫外无狭缝光谱成像技术综述

太阳光谱成像观测是太阳物理和空间天气研究的重要数据来源。极紫外观测是目前在空间观测太阳的主要手段。现阶段太阳极紫外成像主要通过极紫外成像望远镜和狭缝成像光谱仪实现。成像望远镜能直接获得全日面的活动图像,但不能得到对应的光谱信息。狭缝成像光谱仪可以得到高光谱分辨率的光谱信息,但视场很小,不能得到整个活动区域的信息,限制了对于太阳爆发现象的观测。无狭缝光谱成像技术可以突破这种限制,得到带高分辨率光谱信息的全日面图像,从而获得太阳爆发现象的形态演化、速度、角度信息,对于太阳物理研究和空间天气预报有独特优势。文章综述了自20世纪70年代以来发展的3种太阳极紫外无狭缝成像技术形式,说明了其各自的优缺点;介绍了近年来发展的多级衍射光谱成像方式的原理,旨在为发展我国新型空间太阳观测仪器提供借鉴。     

轻小型高光谱成像仪前置望远系统设计

轻小型、高分辨率已经成为高光谱成像仪的发展趋势。文章基于Offner型光谱成像系统的结构特点,分析了高光谱成像仪前置望远系统的设计特殊性,利用同轴反射系统的几何光学理论求解方法,给出了一种长焦距、大视场的高光谱成像仪前置望远离轴三反远心系统的设计思路和设计结果,光学系统焦距2 500 mm,视场角达到12°。分析表明,该设计在奈奎斯特频率71.4线对/mm处调制传递函数接近衍射极限,结构紧凑,不仅适用于Offner型光谱仪前置望远光学系统,还可用于其它大视场远心光学系统。     

地球观测系统时代之后的成像光谱技术

地球观测系统(EOS)时代将向地球系统科学遥感界提供有关大气、陆地表面和海洋间相互作用的大量新信息。由EOS-1平台上的高分辨率成像光谱仪(HIRIS)等仪器提供的高光谱和空间分辨率图像将成为EOS数据集的重要组成部分。可以预料,利用EOS可以进一步认识地球,但也要求未来的传感器比现有的这一代传感器具有更高的灵活性和测量能力。声光可调谐滤光器(AOTF′S)良好的光谱灵活性、偏振选择性及简单性预示着它在未来的成像光谱仪上的重要应用。AOTF′S是致密、紧固的固态晶体,它可对两种偏振态进行快速的(毫秒级)、电控的光谱调谐。本文将讨论基于AOTF的成像光谱仪的基本原理。     

Optimal reconfiguration maneuvers for spacecraft imaging arrays in multi-body regimes

Upcoming National Aeronautics and Space Administration (NASA) mission concepts include satellite arrays to facilitate imaging and identification of distant planets. These mission scenarios are diverse, including designs such as the terrestrial planet finder-occulter (TPF-O), where a monolithic telescope is aided by a single occulter spacecraft, and the micro-arcsecond X-ray imaging mission (MAXIM), where as many as 16 spacecraft move together to form a space interferometer. Each design, however, requires precise reconfiguration and star tracking in potentially complex dynamic regimes. This paper explores control methods for satellite imaging array reconfiguration in multi-body systems. Specifically, optimal nonlinear control and geometric control methods are derived and compared to the more traditional linear quadratic regulators, as well as input state feedback linearization. These control strategies are implemented and evaluated for the TPF-O mission concept.     

Optimal reconfiguration maneuvers for spacecraft imaging arrays in multi-body regimes

Upcoming National Aeronautics and Space Administration (NASA) mission concepts include satellite arrays to facilitate imaging and identification of distant planets. These mission scenarios are diverse, including designs such as the terrestrial planet finder-occulter (TPF-O), where a monolithic telescope is aided by a single occulter spacecraft, and the micro-arcsecond X-ray imaging mission (MAXIM), where as many as 16 spacecraft move together to form a space interferometer. Each design, however, requires precise reconfiguration and star tracking in potentially complex dynamic regimes. This paper explores control methods for satellite imaging array reconfiguration in multi-body systems. Specifically, optimal nonlinear control and geometric control methods are derived and compared to the more traditional linear quadratic regulators, as well as input state feedback linearization. These control strategies are implemented and evaluated for the TPF-O mission concept.     

W波段FMCW体制ISAR系统成像及试验验证

毫米波雷达具有高分辨率、小型化、轻型化等特点,是现代雷达应用的一个重要发展方向。随着W波段元器件的突破,W波段逆合成孔径雷达(ISAR)系统的研究引起了世界发达国家的重视。W波段ISAR图像分辨率高,目标散射细节更丰富,可提高目标分类、识别精度,在军民领域均有很大的应用价值。介绍了一种W波段调频连续波(FMCW)体制ISAR系统,探讨了该体制ISAR系统性能并介绍了W波段FMCW ISAR成像处理算法。该系统发射信号中心频率为94 GHz,带宽为5 GHz。利用该系统开展了ISAR转台试验,并利用RD算法得到了ISAR系统初步成像结果。     

频域解模糊干涉仪测向方法

电子战作为现代战争中的重要组成部分,具有不可替代的作用。辐射源测向技术是电子战中的一个重要环节,对战场主动权的归属决定具有重要作用。常用的测向技术主要包括比幅、时差、干涉仪和多普勒等多种定位方式,其中干涉仪测向,因其工程实现简单、成熟且精度高的优势,在电子战中取得了广泛的应用。相对于传统干涉仪利用多基线、多观察角解模糊的方式,提出一种频域解相位模糊方法,挖掘信号内部的相位连续特性,利用固定基线-变化信号波长比的原理进行解相位模糊,简化了传统干涉仪设计与实现的复杂性。理论分析与仿真实验,证明了该方法具有较好的稳健性和测向能力,为解决传统干涉仪相位解模糊的问题提供了一种新思路。     

空间光谱干涉仪在轨超静超稳平台的设计与地面验证

为了解决星上微振动引起的空间摆臂式傅里叶干涉仪（下文简称干涉仪）运动速度稳定度下降的问题，分析了干涉仪在轨减振任务的特点，提出了同时采用低刚度隔振与高灵敏度阻尼抑振的一体化设计方法，实现了干涉仪超静超稳平台的系统设计。平台采用被动隔振技术隔离卫星中、高频的机械振动，实现干涉仪在轨的“静”，采用电磁阻尼技术消除隔振过程引入的低频共振和晃动，保证干涉仪在轨的“稳”。地面微振动试验中，平台引入后，干涉仪安装位置加速度响应满足微振动环境要求，干涉仪性能稳定，载荷工作正常。     

W波段FMCW SAR系统实现与试验

与C波段、X波段和Ka波段相比,W波段的调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)系统因具有更高的分辨率,更易实现低功耗与小型化而备受关注。W波段波长短,因此该波段的FMCW SAR更适用于短距离成像。提出一种W波段FMCW SAR系统的设计方案,根据提出的系统方案与指标,实现W波段FMCW轨道SAR系统的样机研制。该系统分辨率可达5 cm。系统样机试验在上海交通大学的多功能船模拖拽水池完成。设置不同目标进行成像试验,最终得到多组有效试验数据,并基于改进的RD算法进行数据处理,得到理想的SAR图像。经分析可知,系统实际分辨率优于5 cm。试验结果证明了W波段FMCW SAR系统的可行性与有效性。     

超光谱成像仪成像电路的设计与实现

超光谱成像仪是环境减灾-1A卫星的主载荷之一,也是我国第一台采用静态干涉型光谱成像技术的星载遥感相机。成像电路是超光谱成像仪的核心组件之一,文章介绍了超光谱成像仪成像电路的系统组成,以及各功能模块的结构、功能和设计原理。     

基于二阶Keystone变换的FMCW SAR动目标成像与参数估计

本文研究了一种适用于调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的地面动目标成像与参数估计的方法。首先,建立FMCW SAR系统下的动目标回波模型,通过多普勒频移补偿和时频代换,提出了一种基于二阶Keystone变换校正动目标回波距离弯曲的方法。其次,用Hough变换去估计动目标距离向速度,并据此进行距离走动校正。最后,采用Wigner-Hough变换估计动目标的多普勒调频率,通过补偿二次和三次多普勒相位实现动目标的精确聚焦。仿真结果表明：该方法对参数估计有较高的准确性,同时估计的参数对动目标成像有较好的聚焦效果。     

激光干涉仪远程触发功能及其在工作台运动性能评估中的应用

本文介绍了激光干涉仪远程触发端口的应用方法。根据测试要求，将实际触发信号经过分频，以满足激光干涉仪所能接受的频率；同时设计了移位叠加的方法完成全行程的小间隔的自动测量，为工作台运动评估和控制性能的改善提供了依据。