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。     

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，…     

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。     

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。     

大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪设计与实现

GF-5卫星的大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪是中国目前光谱分辨率最高的红外超光谱探测载荷,它基于时间调制傅里叶变换光谱探测技术,通过太阳掩星观测方式在750~4 160cm–1(2.4~13.3μm)光谱范围内,实现光谱分辨率0.03cm–1的大气透射光谱探测。该载荷的两大技术特点和难点是高光谱分辨率和自主精密太阳跟踪,采用大光程差摆臂角镜傅里叶变换光谱仪实现了红外宽谱段、高分辨率光谱探测,研制了图像反馈太阳跟踪装置实现在轨自主精密太阳跟踪。文章回顾了该载荷的系统设计、关键技术及实现情况,给出了地面测试与试验结果,可为同类载荷研制提供参考。     

“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。     

星载大视场多光谱高分辨率CCD相机光学系统的设计

文章阐述了星载大视场多光谱高分辨率CCD相机光学系统的设计过程 ,并给出了设计结果。该系统采用像方远心光路与多光谱棱镜分光型式 ,4个谱段在整个视场的调制传递函数在Nyquist频率 77lp/mm处均接近衍射极限 ,满足了色漂移、多光谱光学配准、偏振、光学热补偿等工程要求。     

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。     

“高分五号”卫星多谱段集成TDI线列红外探测器

多谱段集成TDI线列红外探测器组件是"高分五号"卫星全谱段光谱成像仪的核心器件。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已有技术基础,创新性地开发了具有自主知识产权的"多谱段集成TDI线列红外探测器组件技术",引领了中国多谱段集成红外探测器技术的发展,谱段集成数量达到4个,分别实现了短中波4个谱段和长波4个谱段的集成,谱段从短波1.55μm覆盖至长波12.5μm,并根据探测组件在轨工作剖面,开展了地面8年寿命的试验考核。测试和试验结果表明:多谱段集成TDI线列红外探测器组件产品的性能、环境适应性和可靠性满足要求。     

印度第二代遥感卫星

ＩＲＳ－１Ｃ／１Ｄ是印度空间研究组织研制的印度第二代遥感卫星，与第一代遥感卫星比较，不仅分辨率有所提高，而且还增加了遥感成像仪种类和扩大了光谱段。ＩＲＳ－１Ｃ／‘１Ｄ卫星质量约为１２５０ｋｇ，它们携带的全色成像仪、多光谱成像仪和宽视场成像仪的分辨率分别可达到６ｍ、２３．６ｍ、和１８８ｍ。文中对这种卫星的平台和有效载荷结构作了简要介绍。     

空间遥感器的热／结构／光学分析研究

作为一个空间遥感器整机热光学（热／结构／光学）集成分析过程，对空间遥感器主要光机结构简化，进行导热特性分析和等效热阻计算；利用软件计算在轨道上典型工况的空间外流热和内热源分布；建立有限元温度场分析模型和结构热弹性分析模型，计算全机稳、瞬态温度场分布，均匀温度和特定温度场下的位移场，得到各光学元件的位移；利用光学分析程度计算的公差计算结果插值计算遥感器光学系统由于光学元件的热致刚体位移（离轴、轴向位移和倾斜）而产生的光学性能变化。     

一种易于制造、较大视场离轴三反光学系统设计

介绍了离轴三反光学系统初始结构的设计方法,并用该方法进行离轴三反光学系统设计。用ZEMAX软件设计了一个焦距为1 000mm,F数为10,垂直轨道方向视场为±4.0°,沿轨道方向为6.0°和6.5°的光学系统。结果表明,该光学系统在空间频率71线对/mm处,调制传递函数均大于0.4,且三镜为球面,具有易于制造装调等优点。     

基于PC的超精密金刚石车床CNC

介绍了一种基于ＰＣ的超精密金刚石车床ＣＮＣ系统的结构、软硬件的配置、以及性能指标，该系统专为超精密加工而研制，具有一系列适合超精密加工的特性。采用主从式的双处理器结构，在ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓ３１环境下运行，具有一定的开放性。编程分辨率为１ｎｍ，可同时控制三轴联动，并且还专门设计了超精密加工专用的特殊插补功能－ＳＰＣＩ。同时具备光学零件自动编程功能。     

某空间光谱成像仪热管理初析

某空间光谱成像仪光谱范围覆盖可见光、中短波红外、长波红外等多个谱段,配置多台视频处理器和脉冲管制冷机,在狭小空间内形成了复杂的内热源分布。由于上述内热源总热耗高达数百瓦,而制冷机更有低于10℃的控温要求,导致成像仪散热面面积需求很大,同时也造成成像仪功耗资源紧张。文章基于热管理理念,对成像仪内热源进行热设计,使排散废热和控温所用能量最大程度减小,在控制散热面面积的同时节省主动控温功耗,较为圆满地解决了成像仪内热源热设计难题。     

大尺寸离轴反射式相机的仿真集成分析方法

离轴三反相机光学元件的不对称性,给相机的温控设计带来较大难度,因此有必要研究各种温度场对离轴三反相机性能的影响,特别是大型离轴三反相机,由于其外形尺寸大、焦距长、构型复杂,增大了研究难度。文章针对某大型离轴三反相机,通过光机热集成分析的方法,研究了其性能受不同温度影响的变化规律,从而为设计合理的热控措施提供依据。通过计算相机真实在轨温度场,得到温度边界条件;利用集成分析软件仿真了10种温度工况下相机光机结构的变形规律;最后利用光学仿真软件计算出光机系统的成像品质。仿真结果表明:若干温度工况下,相机的反射镜更容易产生离焦现象,而不容易产生离轴和倾斜现象;相机对整机径向的温度差最敏感,对轴向的温度差最迟滞;均匀温度变化和单个反射镜的温度差变化对相机的成像品质不产生影响。     

一种空间用大口径扫描装置锁紧机构设计

由于红外探测器尺寸限制，大多数光学遥感器仍采用扫描装置来扩大探测视场，随着相机口径及探测视场的增大，扫描装置中扫描镜口径越来越大，对扫描镜支撑元件的承载能力要求也随之提高。文章为了确保某项目扫描装置中的扫描镜支撑元件不被过载破坏，根据扫描镜口径及过载条件，提出一种高承载能力、高刚度、可重复使用，且能够满足支撑元件过载受力要求的锁紧机构；阐述了锁紧机构的组成和工作原理，针对过载要求分析了锁紧机构核心部组件的承载能力及锁紧力，并根据过载条件进行了力学仿真分析；最后开展了振动试验，结果表明该锁紧机构可对扫描装置中扫描镜支撑元件安全锁紧。     

用于海洋成像仪的离轴三反主光学系统设计

海洋成像仪光学系统要求在宽视场内具有高空间分辨率。该成像仪处于35800km高的静止轨道，在2．46°视场内地面分辨率需要达到250m，光谱覆盖范围为0．4～11．5μm，包括可见光近红外12个通道和远红外两个通道。介绍了满足这些要求的离轴三反射镜主光学系统的设计及结果，像质达到了衍射极限。     

宽波段动态红外场景生成技术

针对红外成像制导半实物仿真系统对宽波段、大阵列规模的动态红外场景生成技术的需求,提出了基于微机电系统工艺制作的红外图像转换芯片的动态红外场景生成技术。采用微电机系统(MEMS)工艺实验制备了像元尺寸35μm×35μm、阵列规模大于1 024×1 024、直径为7.62 cm的柔性自悬浮式转换芯片,并研究了转换芯片的时间特性和光谱特性。实验结果表明:转换芯片光谱为黑体谱,覆盖3～5μm和8～12μm。转换芯片的时间常数随衬底厚度和制冷温度的降低而变小,帧频为100 Hz。该技术具有波段范围宽、阵列规模大的优势,可以将其作为红外场景模拟器应用于半实物仿真系统中。     

光学遥感器产品数据库应用系统设计与实现

文章首先介绍了建立光学遥感器产品数据库应用系统的必要性。通过对资源卫星红外多光谱扫描仪的分析，提出用卫星表、分系统表、部件表四个表业记录各种卫星上的不同光学遥感器，并完成了数据库的设计。然后根据数据库的要求设计完成了相应的应用系统，实现了光学遥感器相关信息的录入、查询等功能。     

紫外-短波红外航天遥感探测器光电性能测试装置的研制和标定

为解决紫外-短波红外探测器光电性能测试和评价问题,研制了一套探测器的光谱响应、时间响应和偏压响应测试装置,为紫外-短波红外探测器的光谱响应和光电特性参量测试提供测试装置和评价依据,以便评价其综合性能指标是否满足设计和使用要求。介绍了测试装置的研制和标定过程,该测试系统由宽光谱复合光源、样品室、单色仪、锁相放大器、标准探测器等构成,实现了200～2 500 nm光谱范围内光电探测器绝对/相对光谱响应度、量子效率、归一化探测率、频响特性、偏压响应度和时间响应参量的测试功能。最后分析了照明光斑波长校准和光谱辐射照度标定的重要性,并给出标定方法和结果。