空间红外大口径折射式低温镜头设计与验证

针对目标探测类空间红外相机大范围成像、高灵敏度探测、高精度定位等应用需求,文中提出采用像方远心光路和低温光学技术结合的解决方案,设计了物方视场角8°×8°、入瞳口径265 mm、工作温度200 K的像方远心折射式光学系统。镜头最大口径280 mm,采用多级分散的弹性支撑设计,解决大口径低温透镜装框、透镜组件支撑和镜头整体安装各环节的热应力卸载问题。在保证高刚度和低漏热的情况下,使低温下透镜的热应力对镜头能量集中度的影响降低到可接受范围内。镜头完成装调及室温下像质确认后,进行了力学振动试验,并将其制冷到200 K水平测试像质,测试结果表明,镜头能量集中度达到轴上75%,边缘视场72%。     

像素binning技术在高速弱点目标探测中的应用研究

弱点目标探测系统要求系统具备高的探测灵敏度和高空间分辨率,实现弱点目标的稳定探测、目标的精准定位以及多目标伴飞时的精细分辨。光电跟瞄系统一般分为目标捕获和目标跟踪两个阶段。在目标捕获阶段,由于速度估计偏差,目标高速飞行的同时,若采用长积分时间进行探测,易出现目标能量跨像元的现象,难以实现目标探测信噪比的提升。为了解决目标高速运动导致的探测灵敏度降低的问题,本文提出了一种基于滑窗像素binning的高速弱点目标探测跟踪技术。像素binning模式提高了初始捕获阶段的探测灵敏度和探测稳定性,当跟瞄系统完成目标的稳定跟踪时,可以采用长积分时间和高分辨率模式完成目标的高灵敏度和高分辨率探测。本文对像素binning模式的信噪比增强效果进行了分析。分析表明,像素binning模式有利于提高高速弱点目标探测的信噪比和探测稳定性。     

双向过采样系统点目标采样模型与检出方法

传统的采样系统对点目标的能量收集能力差,图像信噪比低,像斑面积小。为了克服传统采样的缺点,在对弱点目标进行探测时可以采用双向过采样技术。建立了点目标采样系统的数学模型,分析了双向过采样系统对点目标的检测性能。通过点目标采样系统的数学模型,得到了双向过采样系统点目标像斑分布均匀、灰度梯度小、有一定的面积的特点。从而设计出针对双向过采样系统的点目标检出方法。采样模型得到的像斑能量分布表明,双向过采样系统对点目标的能量收集能力强,点目标像斑面积大,信噪比稳定,采样系统对点目标的空间相对位置有很强的适应能力。仿真分析表明,目标检出方法能够有效提高点目标图像的信噪比。     

低温镜头能量集中度测试及其误差分析

低温镜头多用于深空低温环境下对暗弱点目标的探测,能量集中度是评价该类镜头性能的重要指标。以采用热卸载设计的某红外低温镜头为实验目标,设计了低温镜头能量集中度测试方案,并对测试误差进行了分析。该方案采用星点靶标成像,利用低温精密调焦技术实现对像点的精确采集,通过高斯曲面拟合计算质心和两次反卷积数据处理,实现了200 K低温下红外镜头的能量集中度测试。分析了测试系统的误差源并标定了各项误差值,通过误差和不确定度分析得到了精确的测试结果。实验结果表明,所述的低温镜头能量集中度测试精度优于7.5%,具有工程应用价值。