多次采样平均在长波红外高光谱成像系统中的应用

长波红外高光谱成像系统由于光谱细分导致探测器所接收的目标信号的能量较一般成像系统弱,因此系统噪声对成像效果影响较大。针对这一现象,本文在分析系统噪声成分的基础上,提出采用ADC多次采样平均的方法来降低其噪声,并从理论上推导了该方法的有效性。然后搭建了实验系统,分析计算不同积分时间下,利用多次采样平均技术得到的信号和噪声大小,并计算系统的信噪比和NETD。结果表明,多次(m次)采样平均对系统的信号值几乎无影响,但可以将系统噪声降低至原来的m~(-1/2)倍。因此,该方法可将系统的信噪比提高至原来的m~(1/2)倍,并能有效降低系统的NETD,提高系统灵敏度。该方法为改善长波红外高光谱成像系统成像效果提供了一种方案。     

FY-3/中分辨率光谱成像仪星上黑体的在轨太阳污染模拟与抑制

对风云三号(FY-3)中分辨率光谱成像仪(MERSI)的黑体进行了在轨太阳污染模拟,以掌握在轨太阳污染对面源黑体的影响,同时研究了抑制太阳污染的措施。模拟了FY-3卫星轨道及全轨道周期内太阳光的入射角,使用Tracepro软件建立了太阳污染模拟的模型,利用太阳光入射与MERSI的相对位置对太阳污染进行仿真,分析了污染随光谱成像仪扫描镜旋转和卫星飞行位置的变化。最后,根据分析结果设计了太阳污染抑制措施,并对抑制效果进行了仿真验证。结果表明:在扫描镜附近区域设置遮光板,有效地抑制了太阳光的污染,使辐射量级小于0.1 W,整个太阳污染功率下降了97%以上,对黑体有良好的保护效果。另外,提出的方法提高了面源黑体温度的均匀性和稳定性,保证了红外通道星上定标精度。     

基于参考辐射源标定的红外成像非均匀校正技术

持续外场工作环境下,红外系统成像的非均匀性会随工作时间、温度的改变而发生飘移,要维持非均匀性校正精度,定标动作需要定期重复,而标准黑体笨重不便于携带,使其不适用于现场定标应用。针对这一问题,介绍了一种基于参考辐射源进行红外图像校正的方法。该方法利用一个精确控温的小巧辐射源,可随时根据需要插入红外成像系统光路中进行非均匀性标定测试,实时修正硬件平台中存储的非均匀性校正参数,从而达到维持校正精度的目的。实验结果表明,所述的辐射源具有较高的稳定性,与环境温差在-10~10 K的范围内温度波动可以控制在0.04 K范围,使用该人工辐射源可以明显降低非均匀性随时间的恶化。     

空间超大幅宽低畸变红外成像扫描控制

本文以空间超大幅宽低畸变红外变焦扫描成像系统为研究对象,分析给出地面畸变与成像系统瞬时视场角的关系,提出变速扫描成像并推导了扫描角速度公式。为解决匀速360°旋转扫描效率低和双向摆动扫描成像需安装扫描线矫正器所导致的系统复杂性高、可靠性低的缺点,设计了一种正弦加速度快速回扫的方法。对变速扫描以及正弦加速度快速回扫方法进行了仿真及实验,结果表明扫描控制系统慢速扫描与快速回扫之间状态切换稳定,扫描起止角度误差仅为1.44角秒,扫描速度稳定度为±0.5%,扫描成像过程时间误差为83μs,回扫时间误差为250μs,整个扫描周期时间偏差小于1倍像元积分时间(355μs),扫描效率达86%,在提高了扫描效率的同时减小对扫描机构的冲击与振动,满足成像要求。正弦加速度快速回扫方法对机载红外扫描成像系统快速回扫运动设计也具有一定指导意义。     

压电陶瓷执行器迟滞非线性补偿与最优控制

为提高空间望远镜精密稳像系统中压电驱动快摆镜( FSM)的摆动精度,对压电陶瓷执行器迟滞非线性补偿和控制 技术进行研究。 针对压电迟滞的非对称性以及 Duhem 模型求逆过程复杂的问题,对 Duhem 模型中的微分方程进行变换,直 接建立 Duhem 非对称逆迟滞模型作为迟滞前馈补偿器,并利用免疫差分进化算法辨识模型参数。 在 Duhem 逆模型补偿压 电静态迟滞非线性的基础上,引入基于优化参考跟踪的线性二次型高斯(LQG-ORT)控制方法进一步提高压电执行器的动态 定位精度,采用动态迟滞率相关自回归各态历经模型(ARX)建立状态空间方程,用于卡尔曼滤波器预测状态变量和控制器 计算状态变量的最优控制系数矩阵。 实验结果表明:直接建立的 Duhem 非对称逆迟滞模型能有效描述压电执行器非对称逆 迟滞曲线,拟合均方根误差为 0. 635 9 V(0. 5 Hz) ,相对误差为 0. 79% (0. 5 Hz) ;实时跟踪幅值为 24 μm,频率范围 1 ~ 80 Hz 的目标位移信号,LQG-ORT 算法的跟踪误差为 0. 065 5 μm,相对误差为 0. 27% 。     

风云四号气象卫星辐射成像仪在轨温度环境适应性

风云四号是地球静止三轴稳定平台气象卫星,装载其上的辐射成像仪受剧烈的外热流日周期和年周期变化的影响,扫描机构和主光学系统等关键部件的温度每天波动可达40℃以上.光学及支撑结构如何适应剧烈的环境温度变化,并保证良好的像质,是地球静止三轴稳定平台遥感仪器系统设计的国际性难题.多种特性材料的匹配性设计以及适当支撑结构形式的采用,是避免和减少因温度大幅波动引起的光机变形及成像质量下降的良好策略.在轨数据表明,辐射成像仪克服了昼夜温差大的不利影响,敏感恒星时的弥散斑几乎仅覆盖一个像素,而且正午和子夜结果差别不大.     

双狭缝高分辨率紫外成像光谱仪光学系统设计

在机载和星载领域,尤其是用于观测科学目标短期变化的应用领域,遥感平台逐步要求光谱仪在实现高分辨率的同时缩短重访时间。研究了基于Offner结构的紫外成像光谱系统,设计了一种工作波段为250~500nm、双狭缝均长50mm、双入射狭缝间隔为37mm、光谱分辨率为0.3nm的双缝高分辨率紫外成像光谱仪,并对设计结果进行了分析与评价。结果表明,这种紫外双缝成像光谱仪在41.67lp·mm-1处的传递函数达到0.76以上,实现接近衍射极限的优良成像质量,同时大大缩短了系统重访时间,提高了系统的信噪比,在保证高分辨率的同时缩小了系统体积和扫描镜口径,适合机载和星载遥感应用。     

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。     

大小渐变目标检测与跟踪算法研究

针对快速压缩跟踪(FCT)算法难以适应复杂背景下大尺寸目标渐变成一个点目标的情况,提出一种改进的目标跟踪算法。首先采用FCT进行跟踪,并且计算当前帧跟踪框与初始跟踪框之间的余弦相似度。一旦余弦相似度小于设定的阈值,则立即切换到卡尔曼滤波器,并且采用基于最大连通域的方法检测目标位置及大小。当目标接近点目标,则将目标检测方法切换至基于高斯差分尺度空间的目标检测方法。实验结果表明该算法可以实现尺寸渐变目标的实时跟踪。     

基于视觉显著性与对比度增强的红外图像融合

目前传统多尺度分析红外图像融合算法存在以下不足:融合图像的对比度改善效果有限,无法获取图像的某些细节信息;融合规则仅考虑单一特征,故未能突出目标特征。针对以上问题,本文提出一种基于视觉显著性与对比度增强的红外图像融合算法。首先对待融合的图像进行基于自适应引导滤波的多尺度Retinex图像增强,然后利用NSCT对图像进行多尺度分解,最后利用图像视觉显著性融合低频系数,采用基于窗口的系数融合带通系数。实验证明,该算法获得的红外融合图像效果明显优于传统方法。