Hadamard变换多谱段自适应光谱仪

通过获得目标的光谱特性,揭示目标物质的表面成分,从而识别目标.阐述了Hadamard变换多通道探测的原理及基于Hadamard变换的光谱成像仪原理,设计并研制了基于数字微镜器件(DMD)的Hadamard变换多谱段自适应光谱仪;使用该光谱仪在实验中成功的复原出目标物的光谱,从复原出的光谱曲线中可以鉴别出目标物,同时,将实验组所得光谱曲线与国际标准的光谱曲线进行了比较,平均误差小于4%.     

红外多谱段小目标识别方法

随着红外诱饵技术的不断发展,对传统的小目标识别提出了新的挑战.通过对飞行目标和红外诱饵光谱特征的分析,利用红外多谱段图像对天空背景中具有伴飞诱饵干扰的小目标进行识别.提出了自适应阈值分割和能量相关滤波相结合的方法对图像进行预处理,再利用光谱角算法对疑似小目标进行识别,增加了目标识别的可靠性,降低了算法的复杂度.与传统的单波段目标识别跟踪算法不同,该算法从光谱特征差异性角度对目标进行识别,识别概率高,运算量小,为红外小目标识别提供了新的解决办法.     

宽谱段环境污染气体红外遥测技术研究

根据环境污染气体监测的广谱需求,提出了宽谱段红外光谱遥测方法,利用长波红外傅里叶干涉光谱技术,向长波红外大气窗口短波端外扩展了仪器响应波段,使之在一定条件下能够探测多数常见工业气体的指纹特征。在7.0 ～14.5 m波段内,采用差谱法和亮温法,可监测多种常用工业有毒有害气体,并可给出以浓度程长积表征的概略浓度。介绍了遥测光谱仪的性能表征方法,例举了实用型产品PARES100对11种常用工业有毒有害气体的应用实例。     

基于系统对比度的目标探测谱段分析

天基平台下对飞机目标的探测具有距离远、目标信号能量弱的特点,需选择合理的谱段以得到较强的信号能量。本文通过建立系统对比度模型,从系统的角度分析对比度对探测谱段选择的影响,并结合目标和背景的辐射特性,对不同类型飞机在不同探测距离和探测角度下分析仿真,仿真结果表明:系统对比度可以有效选择探测的谱段,在不同波段处,系统对比度存在明显差异,且会随着探测距离和探测天顶角的增加而下降,但系统对比度的峰值不发生偏移,主要峰值点为4.15μm和4.4μm,较强对比度波段为4.09~4.19μm、4.3~4.5μm、8~9.2μm和10.5~12μm,上述波段比较适合用于飞机目标探测。     

多谱段线列红外探测器读出电路设计优化

集成电路制造技术的发展使单芯片集成多谱段红外探测器成为可能,其中长线列红外探测器读出电路设计遇到的挑战之一就是寄生效应。针对一款多谱段长线列用读出电路在最小积分电容时行间输出电平差异显著,导致成像出现明暗条纹的现象进行了测试分析,得出复杂的电路版图寄生效应是主要原因。通过优化设计及流片验证,解决了寄生效应导致的成像明暗条纹问题。     

宽谱段高分辨率低温成像光谱仪制冷系统设计

宽谱段高分辨率低温成像光谱仪可对星际矿物成分、大气成分进行有效识别,但由于深空探测目标温度很低,为了抑制光谱仪自身噪声,提高分辨率,需要红外谱段工作在几十K的低温环境下,这对制冷系统设计提出了严峻的挑战。在调研国外用于金星、彗星探测的可见/红外成像光谱仪(VIRTIS)制冷技术的基础上,对宽谱段高分辨率低温成像光谱仪制冷系统进行了设计与仿真分析,仿真结果显示M和H探测器部件温度梯度非常小,约为410-2 K;探测器工作温度70 K;M和H部件壳体温度为1301 K;框架温度为2001 K,符合制冷系统设计要求。研究成果对在深空探测领域具有通用性的低温高光谱成像系统中制冷系统的研制具有一定的指导意义。     

宽谱段成像光谱仪前置物镜的设计

为满足高光谱成像光谱仪的要求,研究了可见光-短波红外宽谱段的消色差像方远心前置物镜的设计问题。针对0.5～2.5μm谱段、焦距750 mm、F/#为5和视场角±0.8°的设计要求,进行了设计方案分析,提出了R-C折反式光学系统的设计方法;透镜校正组的设计中分析了可见光、短波红外波段的材料特性,并选择了适合该系统的材料F_Silica。最终设计的系统结构简单,很好地校正了色差以及单色像差,还实现了像方远心光路。设计结果满足光谱仪的要求,在整个谱段和全视场范围内,系统成像质量接近衍射极限。     

多谱段集成长线列红外探测器研究进展

简述了多谱段集成长线列红外探测器应用情况,描述了国外多谱段集成长线列红外探测器技术性能及发展情况,介绍了国内GF-5号卫星用多谱段TDI集成长线列红外探测器研制情况,总结出多谱段集成长线列红外探测器研究技术难点。     

海面船舶探测谱段优选与效能分析

船舶等海面目标的探测对于海面管理、国防安全、搜索救援等领域有着重要意义。星载红外遥感覆盖范围广,是实现船舶目标广域探测的有效手段。受太阳天顶角昼夜循环的影响,船舶与海面的温差周期性变化,导致海面船舶探测场景存在一天两次的热交叉时期,此时使用单一探测谱段难以满足船舶目标全天时探测需求。文章以中纬度夏季和冬季海面环境为例,建立海面船舶探测场景的24小时红外辐射特征,提出多谱段优选组合方案,通过3.50~4.10 μm和10.25~10.75 μm双探测谱段探测实现信噪比优于16.52（夏季）和17.64（冬季）的昼夜连续观测。所提出的双谱段探测方法为实现广域全天时海面目标探测应用提供了技术支撑。     

一种多谱段红外成像光学系统设计

为提高红外远程目标探测识别能力,除了增加焦距和有效口径等传统措施,还需要进一步获取目标的多谱段信息,从而将具备不同辐射特性的目标和背景区别开。本文提出了一种采用多谱段分区红外探测器和棱镜旋转像移成像光学系统,将同一目标的红外辐射能量会聚到探测器不同谱段区域进行成像,从而获取同一目标的多谱段成像信息。该系统采用同轴反射式光学系统,具备8个不同谱段分区的两支红外探测器,通过棱镜旋转实现同一目标的8个谱段信息获取。系统焦距520 mm,有效口径200 mm, F数为2.6。光学系统结构紧凑,棱镜旋转与探测器成像实时对应,不存在成像延迟和像旋,具有口径大、焦距长、谱段多等特点,满足系统高分辨率、长作用距离、多谱段信息获取等要求。     

四谱段TDICCD图像传感器的设计与制作

设计并研制了一种四谱段时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)图像传感器,器件将四个TDICCD集成在同一芯片上,通过在光窗对应位置上镀不同的窄带滤光膜实现多谱段分光。该TDICCD图像传感器的像元尺寸为28μm×28μm,水平寄存器的有效像元数为3 072元,行频为10 kHz,电荷转移效率高达0.999 99,饱和输出电压为2 650 mV,抗弥散能力大于等于100倍,动态范围为7 143∶1。     

多谱段滤光片平面波透射波前仿真测试方法

采用滤光片进行带通滤光是航天遥感相机实现多谱段成像的主要手段。滤光片一般使用平板玻璃作为基体,在平板玻璃两个通光表面镀带通的光学膜层,实现滤光的作用。所以对于滤光片而言,可以使用平面波透射波前评价其成像性能。干涉仪使用的测量光为单波长,无法实现全谱段覆盖。随着滤光片使用谱段数量的不断增加,干涉仪激光波长将不在滤光片的带通范围内,导致无法对其透射波前进行测试。为了解决滤光片带通谱段不包含干涉仪使用波长下的透射波前评价难题,提出了一种解决方案,使用单谱段干涉仪,结合滤光片镀膜前的前、后表面面形和透射波前、镀膜后的前后表面面形数据,研发了一种平面波透射波前的计算算法,得到仿真的镀膜后滤光片的透射波前数据,并以此来评价滤光片的成像性能。给出了透射波前仿真算法的详细理论推导。试验数据表明,在使用632.8 nm干涉仪波长下,滤光片镀膜后透射波前RMS的仿真精度小于0.004λ。该方法能够扩展应用在红外滤光片的测试中,实验使用3.39 μm的干涉仪测试,得到仿真误差约为0.002λ,均能实现较高精度。且在满足测试精度的前提下,有效降低了测试成本。     

GF-4可见光及近红外谱段的辐射定标

"高分四号"是我国高分辨率对地观测系统中唯一一颗地球同步轨道遥感卫星,应用于环境及林火监测等领域。GF-4数据有很高的空间分辨率,但是辐射特性存在偏差从而导致辐射精度并不是很高。为了提高GF-4卫星数据辐射和LandSat8数据为基准影像,以敦煌辐射校正场作为试验区对GF-4可见光及近红外谱段进行交叉辐射定标。结果表明,通过GF-4的DN值与MODIS和LandSat8的表观辐射亮度数据分析对比,的可见光及近红外波段的定标误差均在10%以内;而LandSat8的可见光及近红外波段的定标误差均在5%以内,比的定标精度接近官方定标系数,满足遥感定量需求。     

多谱段相机红外光学系统杂散辐射分析

杂散辐射是影响多谱段红外相机成像性能的主要因素。为了确保系统在各种工作状况下正常运行,需要分析并抑制相机光学系统中的杂散辐射。在详细分析了其红外光学系统中杂散辐射主要来源的基础上,针对系统特殊的光机结构,在杂光分析软件中建立光机系统模型;围绕遮光罩选取了8个太阳方位、16个离轴角进行光线追迹,得到太阳杂光在像面上产生的辐照度,据此来评价系统杂散辐射水平;同时分析了指向镜滚动轴和俯仰轴在两个方位内的转动以及地球大气杂散辐射对像面辐照度的影响。最后,对于影响严重的杂散辐射,进行了有效的抑制措施。结果表明,可以忽略地球大气的杂散辐射,当太阳杂光入射角大于58时,系统能满足对像面辐照度的技术要求,多谱段相机红外光学系统可在此范围内正常工作。     

宽谱段消像散Czerny-Turner光谱仪光学系统设计

针对光谱仪小型化、高分辨率的发展趋势,设计了一种结构简单、宽谱段、消像散的小型光谱仪。具体分析了折叠光路Czerny-Turner光谱仪各种像差的原理和校正方法。推导了柱透镜宽谱段消像散的理论方程。作为实例,设计了一款谱段为300～900nm、物方数值孔径0.08的小型光谱仪。该光谱仪采用折叠光路结构以减小尺寸,添加柱透镜以消除整个谱段的像散。结果表明:该光谱仪结构简单紧凑,体积小,实现了宽谱段的消像散,全谱段光谱分辨率优于0.5nm。     

酒精含量近红外光谱检测的最佳分析谱段

在近红外光谱酒精含量测量中,通常是通过分析酒精C-H键和O-H键的倍频或合频吸收峰来确定酒精度,基于样本归一化透射率光谱图提出酒精含量分析最佳谱段大约在1230nm～1450nm范围内,即O-H键一级倍频吸收峰与C-H键二级倍频吸收峰之间的波段。采用BP神经网络对58个具有不同酒精度的样本进行了建模分析,得到预测标准偏差为0.0136、相关系数0.9985、平均绝对误差0.0109,获得了较好的测量结果。     

九谱段焦面配准测试仪的研制

多通道焦面遥感相机通道间的配准是相机总装定焦过程中的关键技术,通道间的配准精度决定了后续通道融合后的遥感图像质量。设计并完成了一套用于解决九谱段双通道焦面配准的测试仪。积分球照明一条狭缝,经平行光管成像在无穷远,照明九谱段相机,在相机焦面上得到一个竖直放大的狭缝像。四谱段、五谱段线阵探测器分别位于双通道焦平面上,分别调整双通道焦面的位置,计算四谱段、五谱段探测器上狭缝像的质心位置,通过质心位置来评价通道间像元的对准精度。该仪器解决了多通道焦面遥感相机通道间的配准问题,配准精度达亚像元量级,保证了通道融合后的图像质量。     

大视场宽谱段星敏感器光学系统设计

星敏感器是一种姿态测量系统,用于测量飞行器的实时姿态。该系统是一种基于CCD 探测器的适用于星敏感器的光学系统。通过相关参数的计算,利用ZEMAX 平台实现了具有良好成像质量的光学系统结构设计。该系统焦距为50 mm,F 数为1.8,具有较大的视场角:2=23,光谱范围较宽:500~850 nm,中心波长为680 nm。捕获三颗导航星的概率达100%。满足星敏感器对弥散斑、能量集中度和畸变等特殊要求。倍率色差得到了很好的校正,仅为0.087 m。系统仅使用6 片球面透镜,结构简单紧凑,易于加工制造。