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。     

大气环境监测卫星宽幅成像仪高性能碲镉汞红外探测芯片

宽幅成像仪(WSI)是大气环境监测卫星中的主要载荷之一,可以提供从可见光到长波红外的地球环境成像遥感数据。宽幅成像仪中搭载了从1.3~12.5 μm红外波段进行探测的8个波段碲镉汞红外探测器,各波段采用窄带滤光片进行分光,8个波段的碲镉汞探测器封装在短波、中波和长波3个组件中。本文中对8个波段的碲镉汞红外探测器进行了概述,内容涵盖了探测器的设计思想、制备工艺和测试方法,最后给出了目前在轨运行的高性能探测器组件的探测率性能和响应光谱,同时与各波段器件的探测率指标进行了对比。     

斯特林制冷机与红外探测器耦合集成技术

主要针对斯特林制冷机与红外探测器的耦合集成技术进行了设计、分析,研制了整体式耦合和分离式耦合2种结构的斯特林制冷机/红外探测器组件,并通过了试验测试,性能指标可以满足要求.     

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。     

“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。     

超模式采样在资源红外相机中的应用研究

介绍了超模式采样的研究背景和成像概念 ,在此基础上提出了超模式采样应用于资源红外相机B9谱段的方案 ,设计了资源红外相机B9谱段的超模式采样探测器焦平面组件 ,并就工程实现设计了实验原理图和相关的实验步骤。     

超模式采样在资源红外相机中的应用研究

介绍了超模式采样的研究背景和成像概念，在此基础上提出了超模式采样应用于资源红外相机B9谱段的方案，设计了资源红外相机B9谱段的超模式采样探测器焦平面组件，并就工程实现设计了实验原理图和相关的实验步骤。     

Landsat 7卫星的ETM+

Landsat 7卫星将于1999年4月15日由德尔它火箭发射。ETM+是Landsat 7卫星的重要有效载荷—多光谱扫描辐射计,是在Landsat 4、5卫星的专题成像扫描仪(TM)的基础上改进而成的。它既保持了Landsat计划的连续性,又使卫星的观测能力有了大幅度提高。ETM+提高了热红外谱段(B6)的空间分辨率,改进了辐射定标装置,新增加了全色谱段(B8)。 ETM+具有8个谱段,分别为:B1 0.45～0.52μm;B2 0.52～0.60μm;B3 0.63～0.69μm;B4 0.76～0.90μm;B5 1.55～1,75μm;B6 10.4～12.5μm;B7 2.08～2.35μm     

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。     

大气色散对航空双谱段高分辨率斜视成像影响

航空双谱段高分辨率斜视成像载荷作为重要的成像手段,具有焦距长、分辨率高等特点,由于大气层上疏下密的分层特性,光线在大气中斜视传播时,导致光谱展宽并产生色散和畸变,严重影响系统成像分辨率和目标定位精度。文章分析了斜视成像的几何特性;利用MODTRAN软件仿真分析了斜视成像时大气透过特性和光谱散射特性;通过光线追踪法定量分析了大气色散对可见光和中波红外谱段的光线弯曲和光谱色散的影响,并提出了基于多光谱ZnS楔形窗口补偿方法。结果表明,远距离斜视成像可见光近红外0.50～0.95μm透过率高,散射小;中波3.70～4.80μm散射和路径辐射效应较小,光线斜视传播时,光线弯曲角度基本一致;大气色散对可见光谱段影响较大,航高20km斜视120km时,成像分辨率由0.375m退化至4.2m,大气色散对中波红外谱段影响较小;色散补偿后,可见光谱段色散角度下降为原来的1/2,中波红外谱段不受影响,在提升可见光成像品质的同时,保持中波红外谱段色散特性不变。     

“高分五号”卫星可见短波红外高光谱相机的研制

可见短波红外高光谱相机是"高分五号"卫星上的主载荷之一,由中国科学院上海技术物理研究所研制,以60km幅宽、30m的地面分辨率和5~10nm的光谱分辨率,同时获取地物在400~2 500nm范围内共330个连续谱段的空间信息和光谱信息。相机在可见近红外谱段(0.4~1.0μm)的光谱分辨率约为5nm,短波红外谱段(1.0~2.5μm)约为10nm。高光谱相机将能够解决遥感应用中的许多关键科学问题,诸如生态、环境监测、国土资源和地质矿产调查,以及灾害监测,农、林、牧业精细作业,城市规划等遥感应用。高光谱相机是中国首个采用凸面光栅分光的卫星载荷。与Hyperion上的仪器相比,高光谱相机信噪比更高(3~4倍),地面覆盖更宽(约8倍),谱段数更多(多100多个)。此外,高光谱相机的综合性能指标与未来5–10年国际上要发射的高光谱相机相当。     

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     

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。     

环境减灾-1B卫星红外相机的研制

红外相机是环境减灾-1B卫星上的主要载荷之一,具有近红外、短波红外、中波红外和长波红外4个探测谱段,幅宽720km、地面像元分辨率150m/300m,主要用于自然灾害、环境污染等的监测、预报、评估.红外相机的研制中,解决了高精度双面镜扫描及其定标、弱信号高增益放大及载荷轻小型化等关键技术,成功应用了多元红外探测器和空间斯特林制冷技术,中波红外和长波红外通道共用一个光路,集成到一个焦面上,由同一台斯特林制冷机制冷.其中中波红外和长波红外通道相结合,具有200～500K的大动态范围,提高了对地物热特性和火灾监测的能力.自2008年9月卫星发射以来,红外相机运行稳定,各项指标达到了研制要求,在雪灾、旱灾、火灾和秸秆焚烧、水体污染等环境灾害监测方面有较高的应用价值,已分别纳入到民政部和环保部的卫星减灾、环境监测业务化系统.     

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。     

红外探测器组件可靠性保证技术

分析了影响碲镉汞长线列红外焦平面探测器组件固有可靠性的因素。讨论了空间环境对组件可靠性的影响。提出了组件固有和使用可靠性提高、使用中关键技术和建立组件实际宇航应用信息库等提高组件可靠性的措施。     

新一代多光谱扫描仪焦平面集成技术

焦平面集成技术将成为新一代多光谱扫描仪发展的重要关键技术,文章对焦平面集成技术进行了探讨。新一代多光谱扫描仪的焦平面集成技术包括微型组合滤光片、焦面探测器技术、焦面低噪声读出技术、信号处理技术及其组件耦合技术,文章以可见光平面为例,分析了焦平面集成技术存在的问题和可能的解决途径。     

红外系统节流制冷器用氮气纯度的试验研究

<正>红外制导武器系统,特别是小型红外制导导弹多采用3～5μm、8～12μm波段工作的InSb、HgCdTe红外探测器。它们要在70～100K范围内的低温下工作(一般80K左右),以获得足够高的灵敏度。也就是说低温制冷是这一类红外探测器不     

计算火箭发动机尾喷管红外特性的封闭腔-净辐射法

为计算火箭发动机尾喷管的红外特性,建立了封闭腔-净辐射法,推导了光谱透射因子和光谱吸收因子,以及封闭腔表面辐射净热流-表面及气体温度的方程。作为验证,计算了一个充满均匀辐射性介质的轴对称柱形封闭腔的辐射换热,与文献的计算结果比较有很好的一致性;还计算了一火箭发动机尾喷管的辐射特性,分析了该喷管在中波红外波带2~6μm和长波红外波带8~14μm及全波长的有效辐射和净辐射热流。结果表明,在气体辐射作用下,火箭发动机喷管进出口平面的辐射有一定的光谱差异性;壁面有效辐射沿轴向的分布取决于壁温变化,平直段和收敛段有效辐射较强,扩张段有效辐射较弱;中波红外波带2~6μm喷管的辐射热流占全波长辐射能量的60%以上。     

LANDSAT-7卫星的有效载荷ETM

LANDSAT-7卫星的主要有效载荷——改进型主题测绘仪(Enhanced Thematic Map-per Plus)ETM 是在landsat-4和Landsat-5卫星的主要有效载荷主题测绘仪(Thematic Map-per)的基础上改进的。ETM 相对TM的主要不同之处在于它增加了1个金色谱段和2个增益区域,增加了太阳定标器,并提高了红外谱段的分辨率,文章简要介绍ETM 的性能和主要组件。