航空侦察中使用离轴3镜式反射光学元件的多光谱传感器

文章描述了地基多光谱传感器的设计与试验,该传感器使用离轴3镜反射光学元件作为成像光学元件,使用分光镜划分谱段。离轴3镜光学元件可在宽视场范围内提供一个光谱范围宽、空间分辨率高的无遮挡视场。3镜式像散透镜由2个非球面镜和一个球面镜组成,设计构成远心焦平面。分光镜将光谱范围划分为3个可见光谱段、1个近红外谱段、1个中波红外谱段、1个长波红外谱段。中继光学元件用于调整红外放大系数。CCD探测器上具有10000个元件用于可见光和近红外谱段,碲镉汞(HgCdTe)线列上具有960个元件用于中波红外和长波红外谱段。 试验结果表明这种多光谱传感器达到了设计目标,具有宽的光谱谱段(0.4～10μm),可见光、近红外谱段视场为5.7°时的空间分辨率为10μrad,在中波红外、长波红外谱段视场为5.7°时的空间分辨率为100μrad。所有谱段在尼奎斯特频率时视场中心总的MTF高于0.3。     

百万像素中波红外焦平面组件研制

中波红外焦平面组件是"高分四号"卫星凝视相机红外成像通道的核心器件。为满足航天型号应用要求,华北光电技术研究所项目团队立足国内技术基础,采用主流的红外焦平面组件技术路线,突破了高均匀性中波红外材料制备、百万像素中波探测器芯片加工、超大规模读出电路设计、高密度铟柱阵列倒装互连、大冷头尺寸微型杜瓦封装等关键技术,研制了像元数为1 024×1 024的百万像素大面阵中波红外焦平面组件,对大面阵中波红外焦平面组件的像元响应一致性、航天环境适应性、可靠性等进行了优化设计,并进行了地面测试和试验验证。中波红外焦平面组件的噪声等效温差达到21.4m K、有效像元率优于99%,经过高温70℃条件下1 500h长期存储和12 000次开关机温度冲击等试验后性能稳定。测试和试验结果表明:像元数为1 024×1 024中波红外焦平面组件产品的性能、环境适应性和可靠性满足技术要求。     

中分辨率成像光谱仪焦平面设计方案设想

文中就中分辨率成像光谱仪的焦平面设计进行了分析，根据中分辨率成像光谱仪的谱段配置，微型组合滤光片研制难度，辐照分痃率，空间分辩率等具体情况，提出了详细的焦平面设想。     

DQ-1宽幅成像光谱仪发射前载荷定标技术

大气环境监测卫星作为国家民用空间基础设施规划中的科研卫星,其遥感应用需求对其载荷的定量化精度要求越来越重要。宽幅成像光谱仪作为大气环境监测卫星中的主要载荷,可获取光谱范围从可见光至长波红外(0.415~12.000 μm)的陆表和大气多光谱信息。采用45°扫描镜配合消旋系统的扫描方式,光路结构采用同轴望远镜系统,实现3个探测器焦面上21个谱段的同时对地的超宽幅高空间分辨率成像。为了准确地获取能量和仪器响应之间的定量关系,在卫星发射前开展宽幅成像光谱仪全光路、全口径辐射定标试验,分别介绍了可见到短波谱段积分球定标技术和中长波谱段热真空红外定标技术,为用户定量应用提供了良好的保障,并对定标过程中传递路径下的误差来源及精度进行分析评估。     

中分辨率成像光谱仪焦平面设计方案设想

文中就中分辨率成像光谱仪的焦平面设计进行了分析,根据中分辨率成像光谱仪的谱段配置、微型组合滤光片研制难度、辐照分辨率、空间分辨率等具体情况,提出了详细的焦平面设想:在可见光波段焦平面(VIS FPA)采用镶嵌蓝光增强PIN二极管列阵,近红外焦平面(NIR FPA)采用红外增强PIN二极管列阵,读出采用CMOS多路读出及源跟随器输出结构,以相关双取样电路消除背景噪声、复位噪声和热噪声,每列探测器对应一路前置放大器;短波红外焦平面(SWIR FPA),探测器采用光伏HgCdTe器件,采用直接注入多路读出电路;长波红外焦平面(LWIR FPA),探测器采用光导HgCdTe器件,读出电路为与光敏元一一对应的前置放大器,主放大器,然后以模拟开关变为串行输出,文中还就各FPA的信噪比、量子效率、串音等进行了分析,提出了各焦平面的最佳工作温度、响应率和一致性等要求。     

“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。     

空间红外望远镜(SIRTF)

文章介绍了空间红外望远镜装置SIRTF(SpaceInfraredTelescopeFacility)的用途 ,详细介绍了SIRTF上携带的低温望远镜装置CTA(CryogenicTelescopeAssembly)和 3台成像仪器 :红外阵列相机IRAC(In fraredArrayCamera)、红外光谱仪IRS(InfraredSpectrogram)和多谱段成像分光计MIPS(MultibandImagingPho tometerforSIRTF)。     

洛克韦尔公司赢得导引头合同

美国军方已与洛克韦尔公司签署了一项36万美元的合同,以研制一种以焦平面阵列传感器为基础的长波红外成像系统.该系统包括电子设备和接口.它能以黑白或彩色视频形式提供优质红外成像和用于计算机处理的数字数据.在与传感器子系统连接时,该系统将从128×128的焦平面阵列中提取图像并校正图像的非均匀性.     

空间太阳望远镜热光学环境试验技术

空间太阳望远镜在轨期间,空间环境温度变化会严重影响望远镜成像质量,降低分辨率,因此空间太阳望远镜在模拟空间环境下的热光学试验是其研制过程中的关键技术之一。文章介绍了国外部分空间望远镜的热光学试验及低温光学试验设备,并针对国内空间太阳望远镜的研制和试验研究,提出了一些建设性的意见。     

自聚焦透镜阵列在空间交会对接中的应用

在近距(150m~1.5m)空间交会对接中,CCD光学成像敏感器承担测量任务,CCD像机在观测视场角内如何捕捉到目标是首要问题。研究了自聚焦透镜阵列作为合作目标匀化器的应用,简述了自聚焦透镜的成像基本原理。自聚焦透镜,作为合作目标的出光端,由于其成像的特殊性,我们研制出了自聚焦透镜阵列匀化器,解决了在0°~±30°的发散均匀性。在观测视场角内,各角度辐亮度与中心辐量度之比在10%左右,预期做到6%。目标光源辐亮度分布在0°~±30°范围内接近朗伯体。并给出了验证试验。     

一种数字阵列雷达小视场快速成像方法

针对通道幅相误差和RCM(距离单元徙动)幅相误差同时出现导致数字阵列雷达近程成像效果不佳的问题,研究了一种在小视场条件下快速实现数字阵列雷达近程成像的方法。通过研究数字阵列雷达的回波信号模型,确定了DBF(数字波束合成)成像中幅相误差的来源,在此基础上,建立了数字阵列雷达小视场成像的快速DBF成像模型。理论仿真和实测数据表明:该方法在校准通道幅相误差时能有效实现RCM幅相误差的补偿,通过单次FFT(快速傅里叶变换)即可实现DBF成像。与现有小视场成像方法相比,该方法能在保证成像质量的前提下,显著提高成像效率,在系统性能评估测试等小视场应用中具有较好的应用前景。     

C36018固体润滑轴承真空寿命试验

卫星对其光学系统的成像质量要求很高,为此研制了没有油污染的固体润滑轴承,并首先对其中线速度最高的 C36018轴承进行了真空寿命试验。轴承组件为外圈弹性加载结构,加载力均匀;摩擦力矩测量系统具有防共振、防撞击及测力灵敏度高且测量误差小等特点;轴承转速650r/min,按转15min 停15min的模式在1×10~(-4)Pa 左右真空下循环运转了2年,总转数5.2×10~8r,7个轴承组件无一失效。     

航空侦察中使用离轴3镜式反射光学元件的多光谱传感器

文章描述了地基多光谱传感器的设计与试验，该传感器使用离轴３镜反射光学元件作为成像光学元件，使用分光镜划分谱段。离轴３镜光学元件可在宽视场范围内提供一个光谱范围宽、空间分辨率的无遮挡现场。３镜式像散透镜由２个非球面镜和一个球面镜组成，设计构成远心焦平面。分光镜将光谱范围划分为３个可见光谱段、１个近红外谱段、１个中波红外谱段、１个长波红外谱段。中继光学元件用于调整红外放大系数。ＣＣＤ探测器上具有１００     

空间相机摆扫成像建模及摆镜角速度残差分析

为实现大视场成像技术指标,通过对比空间相机推扫与摆扫成像方式的视场,提出了摆扫成像方式。然后以齐次坐标变换为基础,用矩阵分析方法将其与摆镜转动矩阵结合,建立了摆扫成像像移匹配模型。在假定轨道高度为1 200km,像元尺寸为8.75μm,三片96×4 096 TDICCD拼接下的焦平面进行模拟仿真,经计算得出,在摆镜角速度为0.6(°)/s时,摆镜对飞行器的反向动量产生的角速度仅为0.000 1(°)/s,不及横滚角速度的1/10。最后通过对影响像移速度的参量进行误差分配,应用蒙特卡洛法进行误差综合,仿真结果表明:当摆镜角速度误差不大于0.000 3(°)/s时,MTF0.95,对成像品质基本无影响。仿真结果与理论分析相符合,对工程有一定的意义。     

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。     

PtSi肖特基势垒IRCCD焦面阵列的设计和性能

该文介绍高性能PtSi肖特基势垒探测器64×128元红外CCD焦面阵列。掩埋沟道CCD成像器具有一个行间传输机构,它有22％的有效探测面积和120×60μm的像元尺寸。高性能薄型铂硅探测器的截止波长约6.0μm,而在3.0～4.5μm的光谱段有4.0～1.0％的量子效率。根据过程参数和工作电压,这些红外探测器在77K测得的暗电流密度为5到60nA/cm~2。在一个电视兼容的红外相机里,高质量的热图像通过64×128元PtSi肖特基势垒红外CCD焦面阵列得到。红外CCD照相机在没有垂直隔行扫描的情况下,以60帧每秒工作。     

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。     

机载激光器研制进展

TRW公司1998年9月为美空军的机载激光器(ABL)计划,演示新设计的飞行载荷激光器舱(FLM)原理样机,结果首部FLM产生了110％的设计输出功率。1998年6月曾对该激光器进行过首次飞行试验。FLM是由TRW、波音、洛克希德·马丁等大公司参加的TeamABL根据11亿美元合同于1996年11月开始研制的。飞行试验时,TRW公司把FLM装在一架经改装的747—400E型飞机上,旨在摧毁在助推段飞行的弹道导弹。飞机上携带有14个FLM,每个重约1359kg。第2阶段样机的飞行试验将在2002年进行,进行射落助推段飞行的战区弹道导弹试验。ABL的工程制造研制将于2003年开始。     

资源一号卫星的红外相机和CCD相机

于１９９９年１０月１４日首次发射并成功入轨的、中国和巴西联合研制的资源一号卫星携带了３台遥感器：中国研制的可见光－红外线多光谱扫描仪（简称“红外相机”）和ＣＣＤ（电荷耦合器件）相机及巴西研制的宽视场成像仪。本文简要介绍红外相机和ＣＣＤ相机的具体组成和主要性能。红外相机资源一号卫星的红外相机是一种采用光学－机械扫描方式工作的线成像装置。该相机的工作谱段有４个：一个在全色谱段，波长为０．５０～０．９０微米；两个在近红外谱段，波长分别为１．５５～１．７５微米和２．０８～２．３５微米；一个在远红外谱段，…     

先进的可见光和近红外辐射计(AVNIR)

AVNIR是日本先进地球观测系统(ADEOS)的重要有效载荷,用于可见光和近红外光区的陆地和海岸带的观测。4个光谱谱段的空间分辨率为16 m,1个全色谱段的空间分辨率为8 m。AVNIR的数据可用于环境观测,监视如热带森林的沙漠化、海岸带的污染以及资源、陆地使用情况探测等。 AVNIR的视场约为80 km,随着卫星的运动对整个地球进行扫描。定向功能允许糨在横向±40°改变观测视场,采用太阳光、灯光及其他方式进行光学定标。世界上只有少数内个与其