激光测高仪接收望远镜杂散光仿真分析与试验

针对高分7号卫星在轨运行环境,建立激光测高仪杂散光仿真模型,针对空间环境三种光线来源,定量分析光机结构的杂散光特性,提出利用百叶窗次镜遮光罩和外遮光罩的抑制结构,以消除直射杂散光影响。通过点源透过率试验,模拟轨道环境,测试出不同轴外视场的杂光比最大仅为1×10~(-3),满足卫星指标要求。验证结果表明:无直射杂光时,多次反射造成的杂散光比例不影响卫星图像对比度。     

空间红外推扫成像系统探测器光学拼接方法

高分辨率、大视场成像是空间光学遥感器发展的重要方向之一;针对红外成像系统的特点,文章提出了一种基于像方远心光路主光学系统与物方远心光路中继透镜组相结合,在主光学系统像面处通过反射镜分视场实现多探测器组件光学拼接的方法;在此基础上对影响成像系统可实现性的关键问题进行了分析,并给出了解决途径;最后针对大幅宽成像应用需求,给出了光学拼接实现推扫成像的实例。     

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪杂散光测试与校正技术

日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪具有更高的光谱分辨率及更多的光谱通道,而杂散光是影响超光谱探测仪光谱测量精度的关键因素之一。陆地生态系统碳监测卫星搭载的超光谱探测仪为光栅式光谱仪,其入射和出射狭缝的存在使得系统本身杂散光的抑制多了一道屏障,因此该类遥感器杂散光的主要来源为视场内的杂散光。文章描述了该类杂散光的来源及特点,最后以超光谱探测仪空间维为例,建立杂散光校正数学模型,介绍了视场内杂散光分布测量方法、测量步骤,并对校正效果进行了分析。结果表明,杂光分布影响因子d和杂光分布因子矩阵D可正确表征光谱仪的杂散光特性。     

基于STK的星敏感器在轨视场仿真分析

针对星敏感器在轨可能会受到太阳光、地气光等杂光干扰而影响其测量精度及姿态有效率等问题,对星敏感器的在轨视场进行了分析研究。给出了太阳光、地气光进入星敏感器视场的条件;基于卫星工具包(STK)软件,提出了一种星敏感器视场分析的仿真方法;结合卫星轨道参数和星敏感器安装方位,在卫星零姿态、正负向侧摆下对杂光进入星敏感器视场情况进行了仿真。结果表明,卫星在轨至少有2个星敏感器在同一时刻满足杂光抑制角要求。文章提出的仿真方法,适用于对任何轨道类型卫星星敏感器在轨视场的杂光分析,仿真结果对星敏感器在卫星上的优化安装具有工程应用价值。     

大口径红外光学系统方案设计

高分辨率空间红外相机的光学系统具有大口径和大相对孔径的特点,针对某高分辨率红外相机的设计需求,根据三级像差理论计算了同轴三反系统初始结构,设计了传统的同轴三反和同轴偏视场三反系统。通过同轴两反主光学系统和离轴三反后光学系统合理的光焦度分配,设计了组合式五反系统共三种光学系统。设计的系统工作波长8~10μm,焦距7 000mm,相对孔径1…2.29,线视场角±0.58°×0.03°。在综合分析成像性能和光学加工、检测及系统装调等技术的基础上选定组合式五反光学系统为最终方案。五反光路结构尺寸为3 500mm×3 050mm×3 050mm,主镜达到3m级别,考虑到单镜整体加工检验难度,采用18块边长750 mm的正六边形子镜进行合成孔径拼接,子孔径拼接后系统全视场内的调制传递函数大于0.4,系统各项性能满足了技术指标。     

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...     

太阳光进入星载多光谱扫描仪引起的杂散光计算

文中通过采用蒙特卡罗 (Montte-Carlo)法对空间光学系统中各种构件表面建立概率模型,来计算由于太阳光进入系统所引起的杂散光数量级;并对一具体结构的多光谱扫描仪进行了计算分析。文中考虑了伪随机数的构造及能束数对计算精度的影响,并讨论了光学系统几何结构的改变对消杂散光能力的影响,为设计和修改提供了依据。     

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。     

静轨空间遥感器反射式光栏数值研究

受地球静止轨道上的空间外热流影响,空间低温光学系统的传统遮光罩极易产生极端高温现象,该现象产生的高温红外辐射是空间低温光学系统内部背景辐射的主要来源。文章针对上述问题进行研究,利用反射式光栏遮光罩取代传统的遮光罩,在保留消除杂散光能力的同时,优化遮光罩的控温特性,使其处于较低的温度水平,降低光机系统的背景辐射。文章给出了基于椭球曲线和椭球-双曲曲线设计的两种反射式光栏的设计方案,针对地球静止轨道热环境及空间遥感器入光口的特点,建立了考虑加工精度和粗糙度的传统遮光罩和两种反射式遮光罩的仿真分析模型,并分析了不同时刻、不同光栏设计方案的遮光罩控温特性及背景辐射分布情况,为工程化应用提供参考。结果表明,椭圆双曲遮光罩具有更好的控温特性,但过高的粗糙度会产生杂散光,影响镜片温度。     

“实践九号”A卫星光学遥感图像杂散光噪声去除

杂散光是影响卫星光学遥感图像像质的重要因素,严重时会在图像上形成明暗的杂散光条纹噪声,降低图像的对比度和清晰度。文章针对“实践九号”A（SJ-9A）卫星光学遥感图像存在的杂散光噪声现象,设计了一种基于成像载荷焦面入射杂散光空间分布特征的遥感图像杂散光条纹噪声去除方法,通过测量杂散光在推扫遥感图像上的空间分布特征,建立杂散光分布特征模型,采用分块自适应算法进行杂散光噪声滤波,消除SJ-9A遥感图像上随时空变化的杂散光条纹噪声。杂散光噪声去除后图像整体色调均匀,无条带噪声,满足CCD/TDI-CCD推扫遥感图像辐射校正精度（广义噪声）优于5%的指标要求。     

空间可展开主镜技术途径研究

可展开光学系统是实现特大口径光学遥感器的技术途径之一.可展开光学系统的主要特点是主镜分块、收拢发射、入轨展开,并且主镜超轻量化.文章主要介绍了实现可展开光学系统主镜的两种方法(超轻分块镜和超轻超薄分块镜),并对两者的实现难易程度进行了比较.     

SMILE卫星低能离子分析仪的设计与仿真

针对SMILE卫星的大通量动态范围、大视场范围（FOV）、高分辨率等离子体探测需求，以带顶盖半球形静电分析器为基础设计了低能离子分析仪（LIA）。仪器利用顶盖电压控制方式实现可变几何因子，通过高聚焦特性离子光学系统和视场偏转系统设计实现高分辨和大视场探测。利用SIMION有限元仿真软件对仪器的性能参数和几何因子变化规律进行研究，并优化了离子光学系统设计。通过仿真可以获得仪器的主要技术指标参数：能量范围0.05 keV~20 keV，能量分辨率0.0791，方位角视场360°，俯仰角视场范围可达±45°。     

一种空间光学遥感器的主镜展开机构

分块可展开光学系统的相关技术是空间光学遥感领域当前的研究热点之一。文章设计了一种环扇形剖分主镜的展开机构总体方案。为了满足主镜展开机构的高重复定位精度要求,定位装置采用了点接触的运动支承;中央子镜与旁瓣子镜之间的锁紧力通过控制步进电机转角的方法来控制,以降低系统的复杂性;为了提高机构运动可靠性并尽可能减少润滑剂对光学镜面的污染,运动副表面采用了MoS2固体润滑剂方式;经Solidworks软件仿真,该主镜展开机构无结构干涉,能够实现主镜的收拢和展开功能。     

偏视场光学系统视场优化设计方法

文章以同轴三反偏视场光学系统型式为例,利用ZEMAX宏建立优化函数,实现了将光学系统视场中心位置、视场大小作为变量进行优化设计,从而实现了综合考虑光学系统视场、像质及相关尺寸要求的整体优化.     

空间相机次镜在轨校正仿真分析

针对空间环境变化引起的面形误差和位置误差导致空间相机成像品质下降的情况,提出一种次镜调整补偿系统像差的多软件联合仿真方法。采用次镜调整来补偿系统像差的方法,利用条纹泽尼克多项式来拟合系统波前像差,建立像差系数和次镜调整量之间的多视场灵敏度矩阵模型,进而通过最小二乘法迭代计算求解出各调整量,实现次镜在轨校正的闭环控制。以偏视场同轴三反消像散光学系统为例进行仿真分析,次镜多次迭代调整可以使系统多个视场的波像差接近原始设计值。仿真结果验证了次镜在轨调整的像差补偿作用,为空间相机在轨主动像差校正技术提供了工程应用参考价值。     

太阳光进入星载多光谱扫描仪引起的杂散光计算

文中通过采用蒙特瞳罗法对空间光学系统中各种构件表面建立概率模型，来计算由于太阳光进入系统所引起的杂散光数量级；并对一具体结构的多光谱扫描仪进行了计算分析。     

对空间目标成像的伴随小卫星系统设计

对空间目标（神舟七号飞船）动态成像的伴随卫星系统的有关技术条 件和参数进行了分析和设计。设计双焦距光学系统适应大纵深范围成像,利用偏置动量稳定 减小释放后初始姿态扰动度,配合章动特点扩大观测视场,采用姿态导引律实现对观测 目标 的姿态指向跟踪,并给出满足清晰观测的相机参数设计。该卫星系统设计成功应用于神舟七 号载人飞行任务,并成功完成了首次对飞船在轨运行的全景照相观测,在轨试验结果表明伴 星系统各项技术条件和参数的设计是合理的,可以很好的完成对目标的清晰成像。
     

空间相机离轴角引起的积分时间误差分析

光学遥感卫星中空间相机常用的离轴三反光学系统,离轴三反系统能扩大光学系统视场、提高系统调制传递函数（MTF）,但是离轴角会带来积分时间不同步的问题,文章对离轴角引起的积分时间不同步而产生的成像品质影响进行了分析。首先对离轴三反光学系统的离轴角建立数学模型后,应用STK软件仿真空间TDICCD相机在不同级数下离轴角带来的摄影点积分时间和星下点积分时间的差异,然后用Matlab编写程序处理得到的不同积分时间的采样点得出结论,离轴角越大,光学系统的传递函数越小,光学相机成像品质越差。在工程应用中,对一个确定离轴角的离轴三反光学系统,通过仿真,对积分时间调整给出了相应设计建议。     

陆地生态系统碳监测卫星多波束激光雷达光学系统设计

为了最大限度地发挥大口径的优势,多波束激光雷达与高分辨率相机共孔径设计已成为激光雷达的发展趋势。文章基于陆地生态系统碳监测卫星的需求,分析了大口径共孔径成像系统的特点和设计要点,给出了一种米级口径大视场的可见光多光谱相机与多波束激光接收、高倍率压缩大气探测三通道共孔径成像光学系统的设计思路和设计结果。光学系统焦距8000mm/2667mm,大气探测实现40倍压缩并与后续的法布里-珀罗标准具衔接,光学系统结构紧凑,多光谱谱段在其耐奎斯特频率处的像质、大气平行光出射波前差、多波束激光能量集中度达到衍射极限。共用三镜调焦可以有效保证各通道像质均达到衍射极限,对于大气通道尤为有利。该设计方案不仅适用于多波束激光雷达多功能共孔径光学系统,也可用于其它大口径多通道共孔径光学系统中。     

光学遥感卫星杂散光扫描测试系统测控设计

文章介绍了一种光学遥感卫星杂散光扫描测试系统,用于发射前整星条件下对光学载荷杂散光抑制能力的模拟、分析及验证测试。根据卫星的杂散光测试特点,对杂散光扫描测试系统进行了安全性、有序性、有效性、准确性、重现性、完整性和通信控制等测控设计,并推导了光束扫描子系统的控制方程。对杂散光扫描系统的控制准确性进行检测,结果表明:光束扫描位置精度优于10 mm,方位角精度优于0.2°,俯仰角精度优于0.1°。