卫星光学遥感系统优化设计与像质评价探讨

介绍了卫星光学遥图像获取与图像处理一体化优化设计的思路；运用通用像质方程（GIQE）对于利用小相对孔径光学系统和调制传递函数补偿（MTFC）方法得到的图像的品质与利用相对较大相对孔径光学系统得到的图像的品质进行了对比分析。     

TDICCD相机的相对孔径与器件像元尺寸关系的研究

采用TDICCD可用小相对孔径光学系统 ,使相机轻型化。文章指出相机的相对孔径与TDICCD的像元尺寸必须正确地匹配 ,才能保证相机在奈奎斯特(Nyquist)频率处的实验室静态传递函数(MTFfN)≥0.2。确保相机装在卫星上飞行时 ,达到截止频率对应的地面像元分辨率 ,并介绍了国外TDICCD相机的主要参数。     

TDICCD相机的相对孔径与器件像元尺寸关系的研究

采用TDICCD可用小相对孔径光学系统，使相机轻型化，文章指出相机的相对孔径与TDICCD的像元尺寸必须正确地匹配，才能保证相机在奈奎斯特（Nyquist)频率处的实验室静态传递函数（MTFfN)≥0．2。确保相机装在卫星上飞行时，达到截止频率对应的地面像元分辨率，并介绍了国外TDICCD相机的主要参数。     

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。     

无热化大相对孔径星敏感器光学系统设计

提出了一种大相时孔径轻小型光学系统的设计方案,给出了设计方案及热分析结果.光学系统工作谱段500～800nm,视场角9°,相对孔径1／1.2,光学系统设计结果良好,弥散斑直径在两个像元尺寸之内,能够满足光学系统对能量集中度和弥散斑的要求.基于光学热补偿理论对光学系统进行了无热化分析和消热设计.通过分析不同温度下的传递函...     

基于空域的自适应MTFC遥感图像复原算法

由于遥感图像成像过程中受平台运动、传感器成像性能、大气扰动等因素影响,使得图像品质退化。文章提出一种基于空域的自适应调制传递函数补偿法对遥感图像进行复原。该算法根据实验室实测的调制传递函数值,考虑光学系统、探测器与电子元器件等对图像品质的影响,构造有限长脉冲响应计算去卷积核,对图像进行去卷积时根据相机成像所设参数(包括积分级数、增益等)下不同灰度的信噪比信息,兼顾景物内容进行自适应的抑噪处理。该算法已成功应用于"高分二号"(GF-2)卫星图像地面处理中,试验结果表明该算法在有效提高图像清晰度的同时能够保证图像的信噪比,从而改善了图像品质。     

空间激光传能与红外目标探测共口径光学系统

空间激光无线传能任务中，采用红外目标探测方式实现精确跟踪瞄准。为克服分立光路的激光发射光学系统和红外目标探测光学系统既增加载重又不利于复合轴跟踪的困难，提出了激光传能发射与红外目标探测共口径光学系统。从激光传能距离和红外目标探测距离确定口径值，采用无焦离轴双抛物面作为共口径部分，利用分光镜将808 nm传能光束与7.7~9.5 μm的探测光束分离，设计了共口径光学系统。该系统口径270 mm，激光传能发射系统出射波前RMS＜0.01λ；红外目标探测系统相对孔径1/4，传递函数接近衍射极限。该共口径系统同时实现激光发射与红外目标探测的功能，可降低航天器进行星间激光无线传能任务的载重。     

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；采用综合恒星光谱方法确定光学系统中心波长和光谱范围。     

成像光谱仪宽视场离轴三反望远系统的光学设计

视场宽、结构紧凑、质量轻是空间光学系统设计研究的热点。文章从离轴三反望远系统的应用技术指标分析、设计思想、设计流程及光学系统优化4个方面,研究了成像光谱仪用宽视场、大相对孔径离轴三反消像散望远系统的设计问题,设计出一个光谱范围0.4～2.5μm、焦距f′=700mm、相对孔径f′/4、线视场角20°的离轴三反望远系统,次镜为球面,主镜和三镜非球面最高次数为4次,在Nyquist频率27.8对线/mm处,调制传递函数值均大于0.87。     

异形遮拦光学系统衍射限MTF数值计算方法研究

根据光学系统理想光学传递函数(OTF)与光瞳函数P(x,y)的关系,文章提出了一种求取光学系统调制传递函数(MTF)的数值计算方法,以解决不能解析求解异形遮拦光学系统调制传递函数的问题。利用该方法可在光学设计初级阶段就能对光学性能进行预估,其中结合具体光学系统给出了若干计算实例并与该光学系统的实际指标进行了对比,基本一致,表明该方法可以在光学详细设计前实现较准确的光学系统成像性能预估。     

合成孔径雷达系统通道带宽优化设计方法研究

针对合成孔径雷达(SAR)图像质量指标与系统通道带宽的关系,对通道带宽进行优化设计。以Butterworth带通滤波器为例模拟SAR系统通道特性,利用驻定相位原理推导了滤波器引入的相位误差的表达式。引入通道带宽系数的概念,对相位误差进行勒让德正交展开,得到相位误差均方差与带宽系数和时间带宽积之间的定量关系式,进而确定带宽系数与图像质量指标之间的定量关系。在此基础上,提出SAR系统通道带宽优化设计方法,给出了带宽系数的下限,为SAR系统工程带宽设计提供了理论基础。     

TDICCD相机相对孔径影响因素的研究

文章全面分析了TDICCD相机相对孔径选择的几个因素,与近年通常只考虑地面分辨率、 MTF、S／N和像移的影响,较少涉及图像混叠对像质影响不同,文章重点提出混叠对D/f选择的影响,并计 算得出理想条件下遥感系统参数的最佳值。     

TDICCD相机相对孔径影响因素的研究

文章全面分析了TDICCD相机相对孔径选择的几个因素，与近年通常只考虑地面分辨率、MTF、S／N和像移的影响，较少涉及图像混叠对像质影响不同，文章重点提出混叠对D／f选择的影响，并计算得出理想条件下遥感系统参数的最佳值。     

光学稳像系统颤振抑制性能的分析与设计

光学稳定成像方法是一种用于隔离视轴颤振对成像质量影响的综合处理技术,它结合传统光学与反馈控制理论,通过闭环控制系统驱动在光成像通路内的动态校正机构补偿探测视轴与成像焦面间的相对运动,进而有效提升成像质量。文章首先建立了光学稳像系统的回路模型,并在此基础上,根据控制系统稳定性判据导出了颤振抑制函数的设计约束,分析了像移测量延时特性、测量精度特性及校正机构动态性能对颤振抑制带宽的影响。文章进一步给出了一种光学稳像系统颤振抑制带宽的设计方法,该方法针对视轴颤振的功率谱密度、像移探测性能和光机校正机构的动态性能完成了颤振抑制带宽的优化,从而可最小化颤振补偿残差。最后通过试验验证了文中分析结论和设计方法的有效性。     

误码率对星载合成孔径雷达图像质量影响的数字仿真研究

定量分析了星载合成孔径雷达 (SAR)原始回波信号的量化噪声、饱和噪声以及误码噪声对面目标信噪比的影响 ;建立了星载 SAR数字仿真系统 ,对不同误码率条件下的点目标阵场景的星载 SAR原始回波信号进行数字仿真 ,采用 Chirp Scaling算法进行成像处理 ,并对成像结果进行图像质量评估 ,研究了误码噪声对点目标 (尤其是弱信号目标 )性能影响的规律。     

基于系统函数优化的非规则天线阵列综合孔径辐射计亮温反演算法

为改善非规则天线阵列综合孔径辐射计反演图像质量,提出了基于系统函数优化的亮温反演方法。通过优化非规则天线阵列的系统函数,消除单元天线非规则排列对系统性能的影响,并在优化过程中引入正则化,稳定反演图像。为补偿正则化引起的反演图像质量损失,在反演算法中引入了迭代运算。仿真结果表明:所提出的反演算法能有效改善非规则天线阵列综合孔径辐射计的亮温反演图像质量,可应用于基于小卫星编队的分布式综合孔径遥感图像反演中,并能为基于小卫星编队的分布式综合孔径阵列优化提供理论基础。     

一维综合孔径微波辐射计在轨定标方法

G矩阵反演法是一维综合孔径辐射计普遍采用的图像重构算法，其实现包含两个关键要素：系统响应G矩阵标定和有效的数值反演算法。目前，在轨运行的辐射计采用系统误差分步测量的定标方法。在G矩阵反演法和点源测量G矩阵的理论基础上，对相应点源测量试验过程和水体成像试验过程进行了介绍，并对成像精度进行了分析，验证了整体定标的可行性。接着，提出了在轨G矩阵定标方法，并分析了卫星机动对载荷的影响。相比于目前在轨应用的分步测量系统误差的定标方法，该方法利用外部定标源整体标定系统响应G矩阵，能够简化分步定标各系统参数的定标过程，实现符合设计的成像精度，为后续高精度的图像重构算法提供保证，给一维综合孔径辐射计在轨定标提供了新的思路。     

DBF\|SAR系统1比特量化设计

为解决DBF\|SAR系统数据率巨大和星上处理复杂的问题,提出了一种将各通道回波和距离向匹配滤波器都1比特量化的处理方法。首先证明当回波信噪比较低时,符号位已包含了目标的幅度信息,从而为1比特量化提供了可能;在此基础上,利用各通道间信号相关性强而噪声相关性弱的特点,通过数字波束成形技术,提高了系统信噪比。接着探讨了该方法的硬件实现结构和资源消耗情况。最后,仿真结果表明了方法的有效性。该方法在不明显降低成像质量的前提下,简化了系统电路设计和减小了数据率,对DBF\|SAR系统的工程实现有一定参考价值。