空间光学系统中内部构件热辐射引起的谱段杂散辐射

对空间光学系统中由于内部构件热辐射而引起谱段杂散辐射,建立了谱段辐射物理模型和采用蒙特卡罗方法计算的有关概率模型及计算方法。编制了较通用的分析软件,并针对某一空间光学系统进行了计算,通过分析计算结果得到一些有益的结论。     

一种提高红外透射光学系统热分析精度的方法

工程计算中通常将常温物体在红外谱段的辐射简化为灰体辐射,即物体的单色吸收比与波长无关。针对谱段选择性较强的红外透射式光学系统,这一假设会对热分析精度造成一定影响,甚至可能影响最终的成像品质。文章提出一种红外透镜材料光学辐射特性的等效计算方法,考虑材料对不同波长辐射选择性的吸收、反射与透过,并根据在轨地球红外辐射、地球反射太阳辐射、载荷内环境辐射特性,等效出用于热分析计算的透镜红外吸收比、反射比与透过比。应用该方法通过IDEAS-TMG软件对某空间红外载荷进行仿真验证,精确计算出红外透镜温度。     

红外探测器比探测率与光学系统工作温度关系研究

针对低温光学系统自身辐射与红外探测器比探测率(D*)的关系,从红外辐射基本理论入手,建立了光学系统工作温度与背景限红外探测器D*之间的关系模型。由此计算出了典型四反光学系统不同工作温度下、不同谱段的背景限红外探测器D*值,综合考虑探测器处于非背景限情况,得出相关曲线;总结出了背景限红外探测器与光学系统工作温度之间关系的几点体会。     

星载光学系统中杂光概率模拟的可靠性验证

通过分析蒙特卡洛法概率模拟星载光学系统杂光的计算过程、伪随机数的产生方法、概率模型检验、辐射传递系数的检验,从各个子过程分析计算步骤的可靠性和可信度,并针对某一空间光学系统的太阳光杂光计算,检验了蒙特卡洛法的稳定性。通过分析与比较,验证了反射概率模型、辐射传递计算方法及软件的可靠性、稳定性。     

“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。     

晨昏时段大气辐射对成像有效信噪比的影响

从成像有效信噪比的角度出发,利用MODTRAN辐射传输软件,分析计算了晨昏时段大气辐射的分布特点及其对成像的潜在影响。结果表明选择近红外成像谱段,可有效抑制大气背景辐射,实现晨昏时段一定观测倾角下的目标探测能力。     

航天遥感器辐射定标精度计算方法研究

针对航天遥感器进行辐射定标工作的定标精度评估时,并没有形成统一计算方法的问题,文章对工作在不同谱段遥感器的多种辐射定标精度计算方法进行了实例计算与研究。研究结果表明定标精度计算结果一般同具体的定标点选取相关。文章进而提出在比较不同遥感器辐射定标精度时需要明确精度计算的约束条件,这样才能增加精度对比的横向可比性,也能为客观的评价辐射定标工作提供更好的参考。     

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...     

太阳辐射参数对透射系统热设计的影响及仿真对策

文章针对透射式光学系统进行了热仿真分析,比较了不同太阳吸收率、透过率、反射率下各透镜的温度及太阳外热流情况。结果表明,太阳辐射参数的给定对高轨透射系统温度仿真计算结果的影响很大,需要准确给定;某些谱段的太阳能量被透镜选择性吸收和反射,下层透镜使用全谱段的太阳辐射参数来计算温度将不再准确。针对上述问题,文章提出了一种新的透镜等效太阳辐射参数的计算方法,该方法将太阳光谱能量分布近似为5 800 K黑体辐射能量分布,采用普朗克公式对经过透镜的各部分能量进行计算,进而等效出各太阳辐射参数,有效提高了仿真分析的准确性。最后以某空间相机透射系统为例进行了分析计算,对该方法进行了验证。     

长焦距同轴三反空间相机光学系统研究

为了满足空间遥感不同应用的需求,完成了4种型式的长焦距同轴三反光学系统设计。根据同轴三反光学系统设计理论,介绍了同轴三反光学系统设计初始结构设计方法,以工作谱段0．45-0．9μm、F数10、焦距10m为例,对4种型式的长焦距同轴三反光学系统进行优化设计,设计视场内获得接近衍射极限的成像品质,并分析和比较了这几种光学系...     

典型星载遥感器光学系统总剂量效应防护方法与设计

针对空间不连续工作的典型星载光学遥感器的结构和光学系统,进行抗辐射薄弱环节与总剂量效应的仿真分析计算,提出在遥感器入光口遮光罩处增加防护盖以降低光学系统中辐射吸收剂量预示最大位置处的吸收剂量,并对防护盖的具体参数进行仿真优化设计。研究表明:光学系统各光学部件所在位置辐射吸收剂量处于不均匀状态,接收地物信息的第一镜体处的预示值最大;安装防护盖后,可大幅降低该处的辐射吸收剂量,使之与其他部位的吸收剂量处于同一量级水平;防护盖的实施参数以厚度1~3 mm、距离入光口遮光罩端部小于20 mm为最佳。文章最后描述了防护盖设计方法的通用性,给出了防护盖的适用技术条件。     

高速飞行器头罩气动热辐射传输效应计算

对头罩气动热辐射传输效应对红外探测系统的影响进行了研究。用四阶龙格-库塔法对头罩内传输的辐射光线进行追迹,根据理想光学系统成像特性对从头罩出射后在头罩后方理想光学系统中传输的空间辐射光线进行追迹。对头罩气动热辐射(温度场和光线)进行离散处理,建立了头罩内外表面辐射能量的计算模型,获得探测器各单元接收的头罩自身干扰辐射通量分布。仿真计算结果表明:头罩温度随飞行马赫数增大而上升,反之亦然;探测单元接收的头罩自身干扰辐射通量随飞行时间先增后减;气动热噪声随飞行时间先增后降,随头罩温度升高而增大。计算所得气动热噪声与产品实际采集的相符,方法正确。     

全谱段光谱成像仪系统设计及实现

全谱段光谱成像仪是"高分五号"卫星上的一个重要的对地观测有效载荷,具有谱段多、空间分辨率高、辐射定标精度高的特点。载荷设计寿命8年,以60km幅宽、推扫成像方式,获取地球表面0.45~12.5μm谱段范围的辐射数据。可见近红外短波谱段(B1-B6)星下点空间分辨率20m,绝对辐射定标精度5%;中长波红外谱段(B7-B12)星下点空间分辨率40m,绝对辐射定标精度1K(300K时)。该载荷集成度高、技术指标先进,使中国多光谱光学遥感器在谱段数量、空间分辨率、辐射分辨率和辐射定标精度上都有了大幅提升。文章对载荷的方案、技术特点和先进性等进行了介绍,并对后续的应用方向进行了展望。     

空间漫反射基准星的辐射传递误差分析

为了解决现有定标方法的精度和频次不高的问题,提出一种基于基准星的全谱段、全孔径的在轨绝对辐射定标方法,方法适用于可见光和近红外谱段,辐射定标中的辐射基准可溯源至SI(国际单位)。文章简单介绍了遥感器在轨绝对辐射定标不确定度,并对基准星辐射定标的原理进行了分析。结合定标辐射传递模型和定标约束条件,对基准星辐射定标的不确定度进行分析,得到辐射传递的不确定度为1.03%。分析结果对提高遥感器在轨辐射定标精度提供了理论基础。     

多谱段光学遥感探测器配准误差分析

多光谱相机获取的同一目标在不同谱段图像中几何位置不同,造成了多谱段图像配准误差。而多谱段图像谱段配准问题是制约卫星数据规模化与产业化应用的重要因素之一。文章针对常见的同一光学系统多光谱成像模式,建立多谱段探测器配准误差模型,从空间相机设计角度考虑,仅考虑图像之间的位置关系,分别分析延时成像及非延时成像时造成谱段配准误差的因素,以及各因素对多谱段图像配准的影响。多谱段图像配准误差无延时成像时与各谱段像主点观测精度有关,延时成像时像主点位置观测精度和姿态指向精度影响较大,卫星速度观测精度影响较小。最后根据地面图像处理配准误差要求,仿真分析得出各引起配准误差因素的指标要求,可以为多光谱遥感器的设计和应用提供参考。     

多普勒频移对红外频带模型的影响

带能模型的典型应用是分析低光谱分辨率辐射计、光度计和分光仪对热气体辐射和吸收的测量结果。尽管它们不能直接用于计算各个谱线的分布，但带能模型确实对诸如络伦兹、热多普勒或佛克脱等各种谱线形状很敏感。这种对谱线形状的敏感性使得净能带模型的辐射和吸收对多普勒频移的作用也很敏感。本文首先回顾了多普勒频移对佛克脱分布谱线的处理方法，然后把该结果引申至生长曲线，即等效宽度，对单线和红外频带模型均有效。最后，在有     

红外多光谱扫描仪空间环境模拟定标设备光学设计

介绍了“资源一号”卫星红外多光谱扫描仪辐射定标设备的光学系统;介绍了用空间光线追迹法,求离轴抛物面光学系统弥散圆的方法。     

卫星红外遥感器辐射定标光机系统 热-结构耦合变形分析

辐射定标光机系统在模拟空间环境下的热变形直接影响定标光学系统成像质量,并决定星载遥感器辐射定标试验精度。文章建立的辐射定标光机系统有限元模型,以某卫星多光谱扫描仪辐射定标试验中的实测温度变化作为温度载荷,计算和研究了该系统在真空低温环境下的热-结构耦合变形的分布情况和分布规律。结果表明:在非均匀稳态低温环境下,该系统光学支架热变形使主镜及主反射镜发生刚性位移,引起垂轴方向位移、倾斜,黑体的离焦和光学系统焦距变化;反射镜表面畸变RMS值均为1/40波长以下,可以满足实际光学系统的面形准确度要求。     

单元表面间辐射传递系数的新型计算方法

通过对辐射能量传递过程的分解，建立辐射传递系数与角系数之间的关系，提出了一种计算具有漫反射辐射界面特性的单元表面之间辐射传递系数的新型计算方法。该方法分离了单元表面辐射特性和几何特性对辐射传递系数的影响。分别采用新方法和蒙特卡洛法计算了立方体内部单元表面之间的辐射传递系数，并且从理论上对两种计算方法的耗时性和计算精度进行了分析比较。结果表明，相对于蒙特卡洛法，该方法所需的计算时间更少，而且不随单元表面吸收率的变化而变化；在计算精度上，该方法相对于蒙特卡洛法具有更高计算精度。     

航天多光谱遥感器系统响应均匀性指标分析

航天多光谱遥感器是对地物信息进行多谱段探测的，通过各谱段信息计算确定地物目标，状态等为国民经济服务。遥感器系统响应响应均匀性直接影响着遥感数据的判读，文中分析了系统响应均匀性影响因素，提出上了系统响应均匀性指标分配依据和解决措施。