静止轨道对地观测成像系统外遮光罩设计

静止轨道(GEO)成像系统外遮光罩设计是空间载荷设计的重要组成部分。根据成像系统所处的空间杂散环境特点,通过分析不同太阳遮蔽角对外遮光罩几何结构的影响,确定了合适的遮光罩高度-直径比;研究了不同离轴角下刀口式和蜂窝式结构对杂光抑制能力的差别,Tracepro软件仿真结果表明,在相同的遮蔽角下前者比后者抑制能力高5%~28%。在此基础上,利用黑体腔工作原理,设计实现了一种新型二级遮光罩。最后结合某静止轨道成像系统进行仿真验证。结果表明,在太阳遮蔽角处,外遮光罩点源透射率(PST)曲线值小于10-8,杂光抑制效果好,同时很好地解决了单级遮光罩内边缘效应问题,满足工程应用要求。     

R-C光学系统设计及杂散光分析

将光学系统设计与杂散光分析相结合,介绍了一种焦距2000 mm、F/#=10、2ω=1.66°的空间用R-C光学系统,系统像质优良,结构紧凑.同时,针对R-C系统的特点,考虑轴外渐晕的影响,计算了主、次镜内遮光罩的尺寸,给出外遮光罩的设计方法,对该R-C望远镜系统进行了遮光罩设计,并用光学软件进行杂散光分析,计算得到方...     

反射光学系统杂散光的消除

成像光学系统中的杂散光会引起像质模糊和对比度下降,在对像质要求较高,或被探测的光能量微弱的情况下,必须对杂散光进行消除。R-C (Ritchey-Chretien)系统是卡塞格林系统的一种形式,在地面光电探测和空间对地观测等方面都有广泛应用。以焦距为2 m,相对孔径为1/4的R-C系统为例,介绍了利用计算机仿真技术进行消杂散光设计和评价的原理,结合CAD建模进行了主镜内遮光罩、外遮光筒、次镜百叶窗式遮光罩的设计。使用光线模拟追迹软件TRACEPRO建立的测试系统进行仿真测试,得到R-C系统的杂光系数为6.4%,证明了设计的可行性,为应用和进一步的优化设计提供了依据。     

陆基红外探测系统遮光罩优化设计

为降低陆基红外探测系统遮光罩自身辐射的大小,提出一种遮光罩优化设计方法。该方法将传统遮光罩的一级消光部分设计为多组相互垂直的反射面,入射到反射面上的杂散辐射光线被反向反射出遮光罩,外部杂散光得到抑制;同时,因为反射面热辐射率低,减小了由于遮光罩自身辐射引起的杂散光。详细介绍了遮光罩的优化设计方法,并结合实例使用TRACEPRO软件进行建模与仿真,计算了优化后遮光罩的PST值和自身热辐射大小。分析结果表明,与传统的遮光罩相比,优化后的遮光罩自身热辐射降低一个数量级,且其PST大小能够满足陆基红外探测系统外部杂散辐射的抑制水平。     

星敏感器反射式遮光罩设计

星敏感器主要用于探测深黑空间中的恒星,属于微弱信号的检测,视场外的太阳光和地气光是主要的杂散光源.反射式遮光罩表面以镜面反射为主,遵循反射定律,光线易于控制,因此能够通过合理的结构设计使大部分以抑制角入射的杂光返回入射空间,而且与传统遮光罩相比,加工较为容易.详细讨论了反射式遮光罩设计的基本方法,推导了一种改进型反射式遮光罩的设计公式,最后结合某星敏感器进行了仿真验证.结果表明:该遮光罩具有较佳的杂散光抑制能力/体积比,工程可实施性强,能实现观测五等星的目标.     

高光谱成像仪的杂散光分析

杂光分析是保证高光谱成像仪成像质量的关键技术之一。详细分析了高光谱成像仪光学系统的杂散光,设计了R-C前置镜的遮光罩和挡光环,并用Tracepro软件对高光谱成像仪光学系统进行了光机建模,分析了系统的一次、二次散射面,根据重要杂散光路径设置重点采用,计算出0.5°~40°不同离轴角度下的点源透射比值,从而得到地球表面反射光在像面产生的照度为5.5×10-3W/m2,小于中心视场光线在像面照度的3.5%,满足系统抑制杂散光的要求。     

基于波导间隔余弦分布的光学相控阵研究

为了提高稀疏光学相控阵的精度和效率，采用输出波导间隔成余弦分布的结构，基于绝缘体上硅平台设计出1×16光学相控阵; 结合有效折射率法和2-D有限差分传播法进行了远场强度分布仿真模拟。结果表明，边瓣抑制比从89.72%减小到41.46%，主瓣半峰全宽从1.20°被压缩到0.81°; 这种设计方法能够显著抑制栅瓣，进一步压缩主瓣。该研究在机器人避障、无人驾驶、目标探测等光束偏转领域将有广泛的应用前景。     

城市夜光遥感成像系统设计与杂散光分析

根据城市夜光遥感相机研制要求,采用COOK TMA离轴三反光学结构形式,设计了一个视场为5°×2°,焦距为500mm,F数为3.8,工作波段为0.4~0.8μm的全反射式夜光遥感相机光学系统,采用主镜、次镜、三镜共光轴设计,提高了光学装调的可行性。选择合适的初始结构参数,利用CODE V软件进行光线追迹和优化设计,结果表明:光斑的方均根直径为2.305μm,小于1/8像元,在25lp/mm奈奎斯特频率处的光学调制传递函数大于0.92,接近衍射极限。采用外遮光罩、挡光环、光阑及消光漆等消杂光设计来降低杂散光水平,利用Tracepro软件对光机系统进行杂散光的仿真分析,结果表明:轴外视场为1°~80°时,点源透过率在10-11~10-3量级;太阳抑制角为65.96°~80°时,点源透过率小于1×10^-9,满足应用要求。     

星敏感器遮光罩的设计与杂散光分析

杂散光抑制是提高星敏感器精度的重要手段,遮光罩的设计是抑制杂散光的主要途径.对星敏感器遮光罩进行设计,通过SolidWorks软件建模,绘制出遮光罩结构,将得到的结构导入TracePro软件中进行杂散光分析.设定材料表面的双向散射分布函数与光线追迹数目,在不同方位角度对1°～75°之间共16个离轴角度进行了光线追迹,得到系统的PST曲线.结果表明,和改进前的结构相比,PST值降低了一个数量级,且系统的杂散光抑制能力在离轴角30°时达到10-9量级.遮光罩内设计竖直挡光环结构有很好的杂散光抑制作用,使系统杂散光抑制水平得到较大的提高.     

点目标成像红外遥感器探测信噪比测试研究

针对遥感器真空低温测试需求，设计并搭建了一套能够在低温真空环境中稳定工作的红外目标背景模拟器，模拟器主要由冷光阑、真空低温面源黑体、三维电移台三部分组成，冷光阑模拟探测背景，冷光阑上分布微孔用于模拟探测点目标。通过有效控制目标模拟器与背景模拟器间的隔热、控温以及背景模拟器与待测遥感器之间的隔热，实现稳定测试。另外，将仿真优化与实践经验相结合，通过仿真计算去除模拟器冷光阑板厚度、目标相位、平行光管等的影响，有效降低系统测量不确定度。文中的仿真分析方法和验证情况对于红外遥感器点目标探测信噪比检测试验具有参考意义。     

光学系统杂散光的消除方法

从杂散光的定义出发,介绍了杂散光的来源,依据来源对杂散光进行了分类,并指出了杂散光对光学系统的一些危害;通过引入PST和BRDF的定义,实现对杂散光进行定量化描述.杂散光的软件模拟分析是目前应用中的热点,介绍了软件分析的理论基础M-C方法,并列举了国内外常用的分析软件.光路分析之后,在系统中设置遮光罩和挡光环、采用适当的涂层成为阻挡杂散光的有力手段,因而被广泛采用.最后介绍了通过软件方法对光机设计无法完全消除的杂散光进行校正的一些进展.     

偏视场用三反系统消杂光设计及仿真

分析了偏视场用三反系统的杂散光特性,根据遮光罩设计的基本原则,介绍了利用计算机仿真技术进行消杂散光设计和评价的原理.系统为特殊的矩形视场,且在y方向视场偏轴,为此,设计了盒形外壁与锥形内壁相结合的外遮光罩结构,并在CAD中进行建模,采用内部挡光片为方形并且梯度排列的结构.在λ＝0.25μm,方位角为0°和90°时分别对...     

大气偏振中性点的便携式测量

为了避免常用的天空光偏振模式测量仪器中鱼眼镜头所引起的图像边缘区域扭曲的缺点,采用手机相机和线性偏振片相结合的方法,进行了理论分析和实际验证,得到了大气偏振模式的分布情况和中性点位置的数据。结果表明,实际测量的中性点区域与理论仿真的结果间高度角的偏差为2.4°±2.6°, 方位角的偏差为1.4°±0.8°,证明了测量方法的可行性;随着天空中云层的增加,天空光偏振分布图像会发生扭曲,但仍然可以确定中性点位置,为天空光偏振仿生导航提供了参考。该研究可用来确定太阳位置、实现自身定向及导航定位,并且具有易操作、便携等优点,在一定程度上降低了天空光偏振仿生导航的成本,提高了民用价值。     

50BiN望远镜杂散光分析及控制方案

杂散光会影响星像信噪比,降低系统测光精度。为保证50 BiN望远镜高精度测光观测的要求,对50 BiN望远镜进行了详细的杂散光分析。在TracePro软件中建立精确的仿真模型,计算望远镜本身的点源透过率PST值。根据其特点设计了主镜遮光筒内的挡光环。由于杂散光的不均匀性对较差测光系统影响很大,因此着重分析后,结合MATLAB软件验证了挡光环效果。结果表明:添加挡光环后,CCD像面的杂散光辐照度标准差得到明显改善。在离轴角大于30时,PST值均在10-10量级,相比无挡光环的情况下降了3~4个数量级。由此说明,添加挡光环可以有效提高望远镜消杂散光的能力。该挡光环可应用于其他天文望远镜,可以在50 BiN观测网络中广泛推广和应用。     

不同结构地基光电探测系统的杂散光抑制

分析了不同结构形式的地基折反式光电探测系统的杂散光特性,讨论了相应的杂散光抑制方法.针对有无中间像面的光学系统,分别给出了两种不同的杂散光抑制方案,并对其中的长波红外系统进行了自身辐射分析.结果表明:对于无中间像面的折反系统,外遮光罩可以更好地抑制大离轴角度的杂散光;对于有中间像面的折反系统,采取光阑组合和设置主镜内遮光罩的方式就可以很好地抑制外部杂散光,在满足自身辐射要求的前提下,有效减少因设置外遮光罩而增加的长度和质量,有利于小型化和轻量化.     

星光导航成像的气动光学效应影响研究

给出了针对吸气式高超声速飞行器（ABHV）的飞推一体化参考轨迹,分析了其对星光导航成像影响。基于吸气式高超声速飞行器强耦合特性,结合星光成像导航技术特点,以飞推耦合度最小为优化指标,考虑ABHV的攻角、燃油当量比、攻角变化率和隔离段激波串位置等多约束特性,采用一种多约束最优化方法,得到了适合星光导航应用的参考轨迹,并分析了该轨迹下星光成像性能退化情况,进一步挖掘了发动机稳定工作和飞行器高精度打击等具有核心竞争力的总体性能指标的潜力。以某型ABHV为例,在精确的仿真模型基础上,进行了仿真分析,仿真结果表明,该方法有效、可靠。     

机载星敏感器成像的仿真技术研究

根据天文导航的基本原理,综合考虑了星敏感器自身噪声、星云星团、大气折射、大气扰动和气动、地球遮挡等因素对机载星敏感器成像的影响,实现了复杂环境下的星光在机载CCD星敏感器上的成像仿真。在仿真过程中,重点考虑了大气折射的影响,分析了载体在大气层内飞行时星光角距、载体姿态和折射角之间的关系,推导了星敏感器成像点位置偏移的计算公式,为进一步研究机载天文导航技术打下了基础。     

空间可见光相机的杂散光分析与抑制

当空间可见光相机对地物目标进行成像时,视场内外的辐射会引起像面上产生杂散辐射,从而降低相机的成像质量,严重时可能会造成相机无法正常工作。为了提高相机的成像性能,介绍了可见光系统中杂散光的产生机理及其抑制措施,建立了相机的光机模型,分析了系统的杂散光,改进了遮光系统的设计。利用建立的杂光系数测量装置测量了相机镜头的杂光系数,并验证了建模分析结果。