低空高分辨率激光雷达光学系统设计

针对“低慢小”目标光学成像识别能力差、复杂背景下信噪比低等问题，设计了一款低空高空间分辨率激光雷达光学系统。发射光学系统扫描器件采用MEMS反射镜，设计了专用扩束光学系统保证不同扫描角度发射激光的光束质量；接收光学系统采用物镜、数字微反射镜器件结合偏振器件，可同时实现激光回波接收与可见光成像，相较于采用单点探测器接收的激光接收系统，具有背景噪声低的优势。给出了光学系统的性能参数，利用光学设计软件设计了光学系统，该系统空间分辨率为0.5 mrad/pixel，扫描点阵列规模为200×200。模拟结果表明设计方法可行，计算其在大气中的探测距离可达到1000 m，背景噪声相较于单点探测器接收系统可降低约22162倍。     

相机阵列在空间目标观测中的应用综述

相对大口径光学系统,相机阵列光学系统具有开发周期短、成本低的特点,近年来,被广泛使用于空间目标观测项目,以实现低成本、大视场、高分辨率、高探测能力的光学观测,在太空安全中具有重要的应用价值。介绍了国内外相机阵列光学系统在空间目标观测中的应用现状与最新进展,针对空间目标观测中的需求,着重从视场、分辨率、探测能力三个方向分别对相机阵列光学系统的结构组成和性能参数进行介绍,并进行比较,总结了相机阵列光学系统在空间目标观测中存在的问题及发展趋势。     

新型紧凑型大相对孔径可见光光学系统

针对空间碎片探测相机光学系统的使用要求,借助衍射光学元件特殊的消色差和消热差特性,提出了一种结构紧凑、成像质量良好的大相对孔径空间碎片探测相机光学系统结构,解决了以往该类系统相对孔径小、结构复杂等不足的问题,给出了100mm 焦距,1/1.5 相对孔径,6对角线视场的设计实例,并进行了像质评估,该结构可满足空间碎片探测相机光学系统对能量集中度、弥散斑直径、垂轴色差、畸变、热差等像差的要求。结果表明,衍射光学元件的使用实现了系统轻量化、小型化、高像质的设计要求,大大提高了该空间碎片探测相机的成像性能,为该类系统的设计提供了一种新的思路。     

激光导引星非等晕性的限制

在利用激光导引星的自适应光学系统中，焦距非等晕性是对自适应光学系统性能的主要限制，利用湍流探测配置的孔径滤波函数导出了剩余波前畸变方差．并依此导出了成像系统的有效直径ｄ０，根据昆明和兴隆实测的大气湍流模型对ｄ０进行了计算，说明了校正平移和倾斜对自适应光学系统的重要性。     

临近空间目标飞行器地基探测技术研究

临近空间领域的探测对未来战争将发挥无法估量的作用。提出了利用地面光学无源探测设备对临近空间的目标飞行器进行探测的设计方案。文中对临近空间目标的光谱特性做了细致分析,给出了系统应用多谱段进行探测的必要性。给出了探测系统的硬件架构。从光学系统的焦距和对比度两个方面详细分析了系统的设计指标。假设目标的直径为20 m,太阳高角为15°,当光学系统的焦距大于280 mm时,目标与背景之间的对比度为0.33。从理论上证明该系统方案是有效可行的。     

“猫眼”目标探测距离方程

利用矩阵光学方法对探测过程进行了建模,对探测距离方程进行了推广,使方程适用于猫眼光学系统离焦、探测光束斜入射的一般情况,通过室外探测实验对探测距离方程进行了验证。理论分析和数值计算表明:回波方向相对于入射光方向存在微小的回波方向偏差角,但相同条件下回波发散角要远大于回波方向偏差角,使回波足以形成对探测系统的覆盖;在相同的探测参数条件下,回波功率只与猫眼光学系统焦距和离焦量有关,而与探测光束入射角、猫眼光学系统接收孔径无关。     

全息波导技术在眼跟踪系统中的应用研究

目前大多数眼跟踪器体积大、质量重,影响人机工效.采用全息波导技术解决这一问题,将全息波导元件应用于眼跟踪系统,设计了一个全息波导眼跟踪光学系统,探测眼部红外图像.介绍了基本设计原理、分析了光学系统像差校正及眼部照明方法.仿真计算结果表明,该红外探测眼跟踪光学系统像差小,可以较好地成像在红外CCD相机感光面上,使探测到的...     

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。     

激光辐射探测光学系统的设计考虑

本文着重研究激光辐射探测光学系统的视场与光电转换器光敏面尺寸的匹配问题，同时，对激光辐射探测光学系统的设计要求进行了较全面的叙述。     

空间目标白天光电探测能力分析

天空背景在白天时的强光给空间目标的光电探测带来了很大的难度,针对白天探测的特点,基于极限探测信噪比、对比度及极限探测星等探测能力模型,说明了光谱滤波方法能有效提高白天探测能力,对比各种滤波效果,提出窄带滤波作为最优光谱滤波方法。从光学系统参数角度出发,通过分析计算得出在一定条件下综合权衡各参数的影响,减小视场,提高光学探测口径,增大焦距,有利于提高白天光电探测能力,为光学探测器的设计提供了一定的参考依据。     

中国深空测控网光通信技术途径分析与发展展望（特约）

深空光通信是满足未来深空探测高速数据传输的主要技术途径,也是未来中国深空测控网发展的主要技术方向。特别是伴随着智能化、网络化空间通信系统的发展,射频和光通信相结合的智能空间通信网络将成为支持未来深空探测任务的核心设施。文中结合中国未来月球和深空探测发展规划,以中国现有深空测控网的任务支持能力为基础,梳理了未来深空测控光通信的需求。在充分借鉴国内外最新研究成果的基础上,全面分析了建设深空光通信系统地球终端的技术途径。结合中国国情的实际,提出了分步进行系统建设、分阶段开展工程应用,构建天地基相结合的混合深空光通信地面系统,并最终形成中国完全自主的深空光通信认知网络的发展思路。     

卫星光通信系统中PIN探测器的空间辐射特性

对空间辐射环境下PIN光电探测器γ射线辐射特性以及粒子辐射特性进行了深入的研究。结果表明两种辐射机制均会对PIN光电探测器造成一定的影响,表现为暗电流噪声增加、响应率下降以及响应带宽下降。在卫星光通信系统结构设计过程中应该更多地考虑空间辐射对暗电流噪声造成的影响。     

基于FPGA的大面阵CMOS相机高速率电子学系统设计

目前深空遥感探测多采用CCD作为高分辨率相机的传感器,相较于CCD,面阵CMOS驱动更简单、功耗更低、抗辐射能力更强,是深空遥感探测目前的发展趋势。为此,本文基于CMOSIS公司生产的型号为CMV20000,图像分辨率为5 120×3 840的CMOS探测器,设计完成了一个大面阵CMOS高分辨率相机,图像分辨率为5 120×3 840。详细阐述了以FPGA为核心的电子学系统的整体结构,结合CMV20000的工作模式和时序电路,实现了高分辨图像的高速传输以及数据校正。试验结果表明,设计的相机系统方案合理,解决了CMV20000数据无法对齐的数据校正问题,系统运行稳定可靠,安装光学系统后能够获取高质量图像。     

多波段冷光学红外成像终端研制

针对目前地基空间探测红外成像系统对高灵敏度、高探测能力及信噪比的要求,对地基冷光学红外成像技术进行了研究,包括红外杜瓦冷却系统内部辐射抑制、系统终端快速制冷、低温红外探测器的研制、低温冷光学系统设计装调等关键技术。在各项系统技术突破的基础上,研制出一套相对孔径1:10、分辨率320256、兼容中波3~5 m和长波8~10 m波段的冷光学红外成像终端。系统终端实现制冷温度最低至42 K,真空度10-5 Pa量级。将终端与1.23 m口径地基望远镜对接,对月亮和红外标准星观测具有良好的成像效果。该系统的研究为地基大口径冷光学红外探测技术提供参考。     

Optical communications for deep space missions

The Jet Propulsion Laboratory has had a long interest in optical communications for use in deep space exploration missions. Laser communication technology offers the promise of significant advantages over RF in terms of communication system performance, and spacecraft mass and power savings. This paper describes the activities at JPL to evaluate optical communication systems for use on deep space exploration spacecraft     

纯硅芯光纤的空间辐照环境适应性

研究了光纤的辐照损伤机理,对纯硅芯光纤与传统芯层掺杂光纤的结构特点进行了系统地分析,从结构组成特点上分析了两者的抗辐照性能差异。研究了国内外关于光纤的抗辐照试验标准,对各标准中剂量率、总剂量等试验条件差异进行了对比,并对不同剂量率对光纤辐照试验结果的影响进行了分析,给出了光纤在空间辐照环境条件下应用的辐照试验条件的选择原则。最后,采用0.1 rad（Si）/s剂量率对某国产纯硅芯光纤的抗辐照性能进行了试验评估,光纤在20 k rad（Si）总剂量辐照后光纤损耗为1.934 dB/km。空间辐照性能评估结果满足该项目的宇航型号的空间环境使用需求,辐照评估结论为可用。     

近空间高速流场环境小目标探测分析与试验

随着空间安全与应用探索的不断深入,近空间飞行器目标探测效能成为研究的核心问题。光学成像探测能够直观反映目标的形态、光谱与运动特性等多维度信息,因此成为空间探测感知的重要手段。在近空间大气密度、气压、对流等条件作用下,导致高速飞行器光学探测设备成像质量与探测性能衰减。采用以成像系统、大气传输系统和目标背景系统为要素的目标探测分析模型,根据气动光学效应理论,建立高速流场气动光学效应评价方程,对深空、近地等典型应用场景进行成像探测分析。设计了高速流场环境下目标探测地面验证试验,仿真测试结果表明,针对空间高速飞行目标,采用900~1 700 nm谱段短波红外探测器配合厚度10 mm以上石英窗口,对尾焰目标辐射具有良好观测效果;通过降低探测设备曝光时间、优化曝光控制策略及选用光学带通滤光片等方式,能够有效抑制背景杂光与气动光学效应影响。     

空间光学系统中红外杂散辐射的抑制方法

根据红外系统中的不同杂散辐射源,分析了杂散辐射的内因和外因.列举了从机械面和光学面上抑制红外杂散辐射的具体措施,提出了选择红外涂层的方法.对一台空间红外仪器设置了里奥光阑,并通过地面试验和在轨测试评价了其抑制红外杂散辐射的有效性.     

空间目标与环境红外特性理论建模及其场景生成

介绍了空间目标与深空环境红外特性物理建模的基本方法，建立了卫星和深空背景的红外辐射特性理论模型，在此基础上首次从物理现象的角度初步实现了空间目标及其深空环境的动态景象生成。研究结果对空间目标的探测具有一定的参考价值。