空间相机波像差灵敏度及集成仿真方法

针对一种空间相机新型单杆主承力结构,采用波像差灵敏度模型和集成仿真分析两种方法,实现光机结构轻量化设计过程中的系统波像差评价,以保证在力学条件下的成像质量。所提出的波像差灵敏度方法能够基于波像差与失调量的线性关系进行构建,对于以相机成像质量为约束条件指导光机结构的优化设计具有重要意义。首先,基于光学系统的失调原理,推导了光学元件失调量与系统波像差的灵敏度模型。然后,采用有限元方法获取力学工况下的节点位移量,并基于最佳拟合（best-fit）方法计算主、次镜的失调量,对失调后的系统进行光学分析得到系统的波像差。最后,针对5 kg级空间光学相机,采用所提出的两种方法进行了建模与分析,并开展了相应的重力工况分析与试验。灵敏度分析方法相对于光机集成软件仿真方法误差为16.8%,所提出的方法能够应用于设计阶段对系统成像性能的快速评估。     

空间相机全铝合金光机结构的设计与分析

提高光机结构的温度适应性对空间相机降低热控难度、提升系统稳定性具有重要意义.根据统一材料结构可以消除系统热差的原理,选用铝合金材料对某可见光波段空间相机的光机结构进行了设计,并完成了实际工况下的工程分析,达到了在20℃±15℃均匀温度变化与不同方向重力耦合状态下,像质均满足MTF(modulation transfer...     

立式三反离轴相机光机结构设计

中巴地球资源卫星立足于陆地资源领域,以中高分辨率光学遥感为主。04A星主载荷采用大视场、低畸变三反离轴式光学系统。为解决相机立式安装带来的力学环境恶劣问题,提出了一种箱式主承力结构与被动隔振的解决方法,从主承力结构设计、反射镜支撑、隔振措施入手,对三反离轴相机进行了静力学、动力学建模,优化结构形式,通过光机集成分析,提高了结构固有频率,一阶频率达到168 Hz,降低了发射段力学响应,相机关键部件力学响应衰减50%以上,相机系统传递函数大于0.18。经过地面环境试验和在轨验证,光机结构设计合理,力和隔振性能均满足使用要求。     

双通道离轴遥感相机高稳定性光机结构设计

多光谱遥感相机提供的光谱图像信息具有极高的应用价值。为突破CCD成像器件谱段数量的限制、增加单台相机的谱段数量,提出了一种双通道的解决方法。从光学系统入手,对一种双通道离轴多光谱遥感相机进行了高稳定性光机结构设计。首先,通过使用四点球头支撑技术实现了对大口径主镜的高稳定性支撑,保证了在各个工况下反射镜面形精度满足使用要求。之后,对相机的焦面组件、主框架及隔振系统进行了设计及优化,保证了双通道离轴遥感相机在提供八个多光谱谱段的同时,具有良好的结构稳定性。最后,对整个相机进行有限元分析和力学环境试验,结果表明相机具有较高的稳定性,符合设计预期。     

微纳卫星空间外热流仿真分析

在轨卫星空间外热流分析对于微纳卫星热状态的仿真研究具有重要意义,为卫星温度场的分析提供了外在的热边界条件。在轨道运动的基础上,建立了在轨卫星瞬时空间外热流计算模型,快速、简便地计算了太阳辐照热流、地球红外辐照热流、地球反照热流的值。对其结果和变化规律进行了详细的分析与讨论,仿真结果较准确地反映出卫星在轨运行期间空间外热流变化规律,同时满足实时性要求。     

微纳卫星在卫星导航中的应用探讨

微纳卫星掀起了近年来国际上微小卫星研究的又一热潮。本文试图探讨微纳卫星在卫星导航领域中的应用。首先综述了国内外微纳卫星的发展现状,分析了微纳卫星的特点及其用于卫星导航的可行性,在此基础上设计了微纳卫星用于卫星导航的三大应用模式,分别是：区域增强、导航对抗、电离层观测与试验。     

微纳卫星导航通信一体化系统设计与实现

为了提高微纳卫星资源利用率,考虑体积、质量及功耗等多方面限制和要求,提出一种适用于微纳卫星的导航通信一体化系统实现方案,将卫星遥测遥控、数据传输、导航定位等功能进行融合设计,给出该系统设计方法,并详细阐述硬件平台、软件架构、数据协议的实现方法。最后提出采用FPGA、ASIC等集成电路技术的产品实现技术途径,实现高集成、小型化、轻量化和低功耗。目前该设计已经成功应用于多个卫星型号,最长在轨工作时间超过两年,至今状态良好,可以推广至其他微纳卫星应用。     

微纳卫星测控系统链路预算与仿真

为了解决微纳卫星通信设备的尺寸限制和功耗限制问题,提高测控链路传输性能和可靠性,建立了遥测预算模型和遥控预算模型,分析了传输链路的各个组成部分,并结合微纳卫星的特点对传输链路进行预算。通过对各个参数之间进行权衡,将链路裕度控制在合理范围之内,并通过仿真进行验证,为工程实践提供参考。     

轻型高灵敏暗弱空间目标探测光学相机技术

天基光学相机是空间目标探测的重要手段,世界主要航天大国大力发展天基空间目标探测技术以确保空间态势感知能力。首先介绍了国外应用于微纳卫星平台的典型空间目标探测光学相机,分析了天基光学探测手段的优势。其次针对基于微纳卫星平台的空间目标探测应用需求,提出“高效率镜头结合高灵敏器件”解决方案,并对光学相机进行了性能评估与设计参数分解。最后针对应用指标要求开展了系统设计与相机研制,并通过地面试验进行了性能验证,达到了预期探测效果,实现了5 kg级光学相机优于13星等的探测能力,可广泛部署于微纳卫星平台,为我国空间碎片研究、航天器碰撞预警提供高实时性数据支撑。     

轻小型推扫视频一体化相机设计与验证

介绍了一种轻小型推扫视频一体化微纳遥感相机的综合优化设计思路。系统设计时综合考虑星地一体化处理,采用大F数RC系统降低产品光机体积重量;电子学采用商用货架产品加固技术实现高性能同时降低成本,星上数据处理采用数字TDI技术实现面阵相机推扫视频一体化成像,大幅提升成像效能。采用该方法设计的微纳遥感相机具备视频、推扫、条带等多种工作模式,满足不同应用场景需求。该技术在欧比特视频相机等微纳遥感载荷的设计及研制中进行了应用,在轨获取了高品质的视频及遥感图像,在商业遥感载荷市场具有广阔的应用前景。     

微波光子在高通量通信卫星中的探索及初步应用（特邀）

高通量卫星是新一代宽带通信卫星的重要发展和应用方向,我国高通量卫星在国内与周边国家的市场需求旺盛,发展潜力巨大。文中介绍了高通量卫星的技术特点、国外发展动态和后续发展需求,以及国内高通量卫星最近进展。探索了微波光子在高通量通信卫星中的应用及国外微波光子在高通量通信卫星中的研究进展。研究了一种基于微波光子技术的宽带柔性高通量通信卫星载荷方案,验证了微波光子应用于高通量通信卫星的可行性和有效性。最后给出了基于微波光子技术的高通量通信卫星发展建议。     

微波光子检测 （特邀）

微波信号检测是电子信息领域的关键技术,广泛应用于通信、雷达、电子战。随着新一代信息技术的快速发展,现有的微波测量系统面临着速率和带宽瓶颈。微波光子学技术融合了微波和光波技术各自优势,具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等优势,文中围绕微波光子检测,特别是微波光子信号的频率测量方案,如频率-幅度映射型、频率-时间映射型、光信道化型等,介绍与分析国内外现状与发展动态,并对现有微波光子测量面临的问题和下一步发展方向进行了简单总结。     

具备调焦功能的空间光学载荷支撑结构设计(特邀)

由于空间环境变化,高分辨率空间光学载荷在轨会产生不同程度的离焦从而影响成像质量,因此需要进行在轨调焦。为了适应高分辨率、轻小型空间光学载荷发展需求,设计了一种集支撑功能、调焦功能为一体的结构,通过热控系统对支撑结构温度的精准控制来调整次镜组件在光轴方向的位置,从而使载荷具备调焦功能。首先,根据光学系统参数进行调焦精度分析,确定支撑结构的设计要求;然后,基于连续拓扑优化中的变密度法(SIMP)进行支撑结构的全局优化;最后,开展了热光学试验,验证支撑结构的热控调焦功能并测量热控调焦系数。试验结果表明:该光学载荷支撑结构热控调焦系数为0.071 mm/℃,可实现0.014 mm调焦精度和±0.385 mm调焦范围。基于该调焦方法设计的“吉林一号”高分03星已经完成在轨测试,调焦精度和调焦范围满足设计预期。     

单像素复振幅成像（特邀）

传统光学成像系统主要依靠阵列探测器对目标的空间分布进行探测来达到成像的目的。而单像素成像不需要阵列探测器,在探测端只需要使用一个单点探测器来记录光场的信号,然后利用关联算法来重构目标物体的图像信息。由于单点探测器的技术较为成熟,且成本较为低廉,因此这种成像方式在近些年得到了研究人员的广泛关注,期望单像素成像技术能够应用在X射线、红外、太赫兹等波段。另外,单像素成像技术在生物荧光成像、多光谱成像、三维成像、光场复振幅成像等应用领域也得到了深入的研究。其中光场波前的相位探测在天文观测、医学诊断、光学测量等领域至关重要,研究人员针对这一问题提出了多种基于单像素成像技术进行复振幅成像的方法,这些研究有效地拓展了单像素成像技术的实际应用场景。文中主要介绍了单像素成像技术的历史发展及其基本工作原理,并着重介绍了单像素成像技术在复振幅成像应用中的工作。     

谐波锁模光电振荡器（特邀）

提出了一种主动锁模光电振荡器（OEO）方案,可以实现高阶谐波锁模,从而产生具有高重复频率的微波脉冲信号。在所提方案中,通过在OEO腔内的电光强度调制器直流偏置端口引入一个正弦驱动信号,当该正弦信号的频率为OEO环腔自由光谱范围的整数倍时,实现基频（）或谐波（）锁模,输出重复频率为的微波脉冲信号。实验中分别实现了10阶、50阶和100阶谐波锁模,输出微波脉冲信号的重复频率分别为360 kHz、1.8 MHz和3.6 MHz。该方案为脉冲多普勒雷达等系统应用提供了一种全新的、具备低相噪潜力的微波脉冲信号产生的技术途径。     

硫系集成光频梳（特邀）

硫系玻璃集成光学微腔（硫系微腔）具有高线性折射率和高非线性系数、超宽透光窗口、较低的热光系数,并且可通过常规半导体微纳加工技术实现精确的色散调控,在非线性集成光子学领域备受关注。近年来,来自中山大学的研究者们开发了新型Ge₂₅Sb₁₀S₆₅硫系材料平台并实现了一系列具有高品质的硫系集成光子器件。主要综述了基于硫系微腔实现集成孤子光频梳产生和调控方面的工作。通过不断优化集成光子器件的加工工艺,实现了具有高品质因子（Q>106）的集成微环谐振腔,进一步通过精确的色散调控分别在该硫系集成微腔内实现了低泵浦功率的锁模光孤子频梳和宽带可调谐的拉曼-克尔光频梳。     

单像素成像理论与方法（特邀）

单像素成像技术是一种可通过无空间分辨能力的单像元探测器来获取目标图像信息的新型成像技术,与传统“所见即所得”的光学成像技术相比具有高灵敏、抗干扰和高分辨等一系列优点,在遥感探测、国防军事和生物医学等领域有着广阔的应用前景。近年来,随着计算能力的提升和光电器件的发展,单像素成像受到越来越多学者们的关注。简要回顾了单像素成像的发展历程,详细介绍了单像素成像的基本原理、调制矩阵设计、图像恢复算法等方面的研究进展,并对其应用场景和未来发展趋势进行了总结和展望。     

随机激光研究综述（特邀）

随机激光器由于其独特的结构和低相干性,在无散斑成像、传感、光治疗等领域中得到广泛应用。随机激光器的反馈机制是无序介质引入的光散射,高阈值和无方向性是其主要缺点。为解决这些问题,研究者们利用光纤的一维束缚获得低阈值并有一定方向性的光纤随机激光。近十年来,随机激光的发展经历了从非相干反馈到相干反馈、从完全无序到输出参数可控的过程。大量研究尝试用量子理论、混沌激光理论和数值分析等方法来解释随机激光的物理本质。回顾了随机激光和光纤随机激光的起源和发展历史,介绍了随机激光的分类和相关原理,总结了调控随机激光输出参数的方法并展示了随机激光的新近典型应用,分析了光纤随机激光的反馈类型和增益机制,并在最后展望了随机激光未来的发展趋势。     

高超声速飞行器红外波段及窗口选择（特邀）

随着技术发展,现代化战争对新型武器提出了更高的要求,高超声速飞行器的发展也备受关注,红外成像制导在高超声速飞行器的末制导领域中占有重要地位。红外成像设备易受到背景辐射和窗口热辐射带来的干扰,产生的背景噪声易造成图像饱和。通过试验对比中、长波热像仪对高温物体、太阳、云层、海面、干扰弹以及转动、高速、高动态条件下的成像效果,并且试验对比尖晶石、氧化钇、氧化锆以及硫化锌材料自身热辐射分别对中、长波热像仪成像的影响,通过测试得出各窗口在高温下透过率的相对衰减率。对比分析得出长波热像仪在抗干扰等方面占有优势,硫化锌材料具有低辐射、高透过率、以及耐压性能好等优势。中、长波对比试验对于工作波段选择以及窗口材料选择提供了参考与支持,对后续中-长波双色系统设计研究具有参考价值。     

单频连续波金刚石拉曼激光器研究进展（特邀）

受激拉曼散射增益具有无空间烧孔特性,通过简单的腔型设计,拉曼激光器即可实现稳定单纵模运转。同时拉曼激光波长灵活,因此拉曼激光器在特殊波长单频激光领域具有重要技术优势。近年来,随着金刚石合成技术的突破,以金刚石作为增益介质的单纵模、高功率拉曼激光器获得了快速发展。文中简要介绍了拉曼激光器的单纵模运行机制;总结了单纵模金刚石拉曼激光器的研究进展;并对单纵模金刚石拉曼激光器的发展趋势进行了展望。