声光可调谐滤波成像光谱仪的CCD成像电子学系统

考虑声光可调谐滤波(AOTF)成像光谱仪的需求,设计了它的CCD成像电子学系统.选用e2v公司的CCD芯片CCD57-10作为图像传感器,提出了DC/DC+ LDO的架构实现各偏置电压;基于现场可编程门阵列(FPGA)等器件产生驱动时钟,AD9826完成CCD输出模拟信号到数字信号的转换,并通过USB及CameraLink接口与计算机通信.设计了CCD保护电路,并优化了数模混合电路的印刷电路板(PCB)布局结构.对各功能单元的实际测试表明:各偏置电压纹波噪声峰峰值小于10 mV;AD转换精度达12 bit;系统能够正确成像,图像传输速率可达10 frame/s,图像信噪比优于54 dB,系统总功耗不足5W.设计结果满足AOTF成像光谱仪对CCD成像电子学系统的要求.     

运用声光可调谐滤光器进行快速面光谱探测的研究

本文介绍了一种以声光可调谐滤光器作为色《元件的新型快速面光谱探测系统的设计，并详细阐述了它的设计思想和实现方法。     

窄带可调谐成像光谱仪

美国PAR政府系统公司(PGSC)利用大批量生产的商用元部件，研制出了一系列成本低、重量轻，对飞行任务适应性强的多光谱成像光谱仪。这些多光谱成像光谱仪每台都有四个谱段。它们可以安装在低成本的有人驾驶飞机平台上，用于收集连续的光谱数据。所收集到的光谱数据可以用于各种军事应用，如反雷措施与情报、监视和侦察等。     

声光可调谐滤光器的原理与特性

概述了声光相互作用,介绍了声光可调谐滤光器（ＡＯＴＦ）的原理、结构、特性及应用。     

用于电离层探测的远紫外成像光谱仪研究

电离层成像探测一直是我国大气遥感的一个薄弱环节.根据大气成像光谱探测原理,针对应用要求设计和研制了电离层探测成像光谱仪原理样机.样机采用一片离轴抛物镜与改进的Czerny-Turner光谱仪匹配的光学结构形式,工作波段为120～180 nm的远紫外波段.探测器选用了接收平面为微通道板(MCP)的光子计数型楔形阳极位敏探测器,在真空下实现对远紫外波段的探测.样机质量6.8 kg,体积360 mm×210 mm×250 mm.利用实验室真空系统与氘灯搭建了样机检测系统,获得了样机的基本性能参数.与国外方案结果对比表明,样机光谱分辨率为2.4 nm,空间分辨率75 μm,对应地面分辨率约0.6 km,除传输效率略低外,其他各项指标均接近或达到先进水平,该成果对空间和大气遥感具有重要的研究和应用价值.     

近红外光谱检测中声光可调谐滤光器性能研究

旁瓣是声光可调谐滤光器的重要性能指标。根据在声光相互作用通道上 ,声强分布不同 ,其旁瓣特性将不同 ,因此可通过改变换能器的形状来改变声强分布。先定量计算了不同形状换能器产生的声强 ,并根据计算设计了不同形状换能器的声光可调谐滤光器 ,然后通过实验得到它们的光学特性曲线 ,实验结果表明 ,改变换能器形状可以抑制旁瓣 (即切趾 )。     

基于声光调谐的扫频光源

提出了一种利用声光调谐方法进行滤波的扫频光源来提高它的输出稳定性。阐述了实现光源稳定输出的原理和方法,研究和分析了光源的相关参数。该系统采用声光调谐的方法代替机械滤波的方式。在一个环形腔内,使用半导体光放大器(SOA)作为增益介质,声光可调谐滤波器(AOTF)作为波长选择元件,利用声光调谐的原理对腔内的光进行选频滤波。在280mA的注入电流下,得到了1 294~1 368nm的扫频光源,其中心波长为1 328nm,半高全宽为51nm,扫频速度为3 731Hz,环形腔内直接输出的光功率为1.14mW。由于AOTF是电控制元件,波长的调谐不需要机械移动部件,故提高了系统的稳定性,输出光谱的重复性也很好。实验显示:通过这种方法获得的扫频光源输出稳定,基本满足扫频相干层析成像系统对扫频光源工艺参数的要求。     

医用显微成像光谱仪的光谱定标技术

为了能对自主研制的脑肿瘤手术医用显微成像光谱仪进行光谱定标,设计了由单色仪、钨灯光源、棱镜-光栅-棱镜成像光谱仪及手术显微平台组成的光谱定标系统。采用单色仪波长扫描法,自主开发了相应的光谱定标系统软件,获得了显微成像光谱仪全谱段的光谱数据,完成了数据处理和分析等工作。通过调整光路、单色仪定标、成像光谱仪定标3个步骤实现了系统的光谱定标。定标结果表明:显微成像光谱仪的光谱区大于400~900nm;定标精度高于0.1nm,光谱分辨率高于3nm,各项特征指标均高于设计指标。测试验证实验表明,所建立的光谱定标系统定标精准,结构简单、紧凑,操作简单,符合显微成像光谱仪的实际临床应用要求。     

凸面光栅成像光谱仪的研制与应用

考虑传统光栅成像光谱仪受光学畸变的限制难以同时实现大光学孔径和小型化要求,利用全息法设计并制作了凸面光栅,并以该凸面光栅作为核心元件研制了便携式成像光谱仪。该光谱仪以推扫方式进行目标扫描,获取成像光谱数据立方。仪器的光谱分辨率为2.4 nm,光谱谱线弯曲为0.1%,色畸变为0.6%,体积为209 mm×199 mm×110 mm。介绍了仪器的工作原理和结构设计,并进行了实验室检测和室外花卉实际光谱测量。测试结果表明:凸面光栅成像光谱仪的光谱分辨率为2.1 nm,光谱谱线弯曲为0.09%,色畸变为0.6%,均满足设计要求,实际花卉光谱测试亦取得了较为理想的结果。     

消谱线弯曲长波红外成像光谱仪设计

为了实现遥感目标的长波红外高光谱成像,有效消除平面光栅产生的谱线弯曲,设计了离轴透镜消谱线弯曲长波红外平面光栅成像光谱仪。分别计算了平面光栅和离轴透镜产生的谱线弯曲,分析了谱线弯曲随相关参量的变化关系,并基于此设计了消谱线弯曲的初始结构。通过优化设计得到的光学系统的通光孔径为100mm,F数为2,光谱分辨率为20nm,空间分辨率为150μrad,冷光阑效率为100%,成像质量接近衍射极限,系统谱线弯曲由原有的180μm以上变为14.3μm以内。该项设计获得了具有普适性的消谱线弯曲公式,证明了离轴透镜具备校正谱线弯曲的特殊功能。最后的设计结果表明,在满足系统成像质量要求且不增加系统复杂度的前提下,采用离轴透镜的平面光栅光谱仪的系统谱线弯曲小于探测器像元尺寸的1/2,满足使用要求。     

单色仪与成像光谱仪的交互光谱定标

为了提高成像光谱仪的光谱定标精度,降低定标过程的复杂度,本文基于单色仪扫描定标法的原理,提出了交互光谱定标的思想,设计了适用于单色仪与成像光谱仪的交互光谱定标系统。分别对单色仪与成像光谱仪进行了光谱定标实验,并对定标数据进行了处理分析。结果显示:单色仪光谱定标精度优于±0.1nm;成像光谱仪的光谱区大于400~800nm,光谱分辨率优于3nm。该交互光谱定标系统避免了对单色仪和成像光谱仪分别定标需要两个探测器的弊端,定标过程中只需切换定标模式,简化了定标过程,能够同时保证单色仪与成像光谱仪的定标精度,具有复杂度低、通用性强、适用范围广及较高的定标精度等优点,可满足实际使用要求。     

基于扩维卡尔曼滤波的火星探测器脉冲星相对导航方法

X射线脉冲星导航稳定、精度高,太阳系范围内均适用,是实现火星探测器自主导航的有效手段之一.针对目前编队深空任务中可采用的相对位置确定方法单一且不自主的问题,提出了一种基于X射线脉冲星的编队火星探测器转移轨道自主相对导航方法.为降低模型误差,考虑了火星及地球对探测器相对导航精度的影响,引入扩维Unsented卡尔曼滤波,降低随机测量误差的同时修正系统状态模型误差.地面半物理仿真实验结果表明该方法的相对位置估计精度可达30 m以内,可以满足火星探测编队飞行的自主相对导航需求.     

空间应用干涉成像光谱仪的研究

干涉成像光谱技术是空间目标探测的一项新技术,近年来发展迅速。按调制方式干涉成像光谱仪可以分为时间调制、空间调制和联合调制三种。介绍各类干涉成像光谱仪的原理及其发展,并给出了几种典型的干涉成像光谱仪,尤其是LASIS相机,近年来成为干涉成像光谱仪研究的新热点。     

光栅成像光谱仪图像畸变校准方法研究

成像光谱仪是一种"图谱合一"的光学遥感仪器。光栅型成像光谱仪由于原理简单,性能稳定,技术发展成熟等优点得到了广泛的应用。光栅成像光谱仪中不同采样步长的选择及不合理的拼接方法会导致目标图像(分划板图像)的畸变,会使原来分划板图像中的正方形发生不同程度拉伸或者压缩成为矩形。现采用He-Ne激光器确定成像光谱仪的通带宽度,并利用低压汞灯进行波长定标,确定特定波长所对应的像元数,通过基于区域和小波变换的拼接方法完成目标图像,从而对目标图像的畸变进行校正。实验证明,可以使畸变量相比原始块匹配拼接方法减小一个数量级。     

运动补偿成像光谱仪的地面分辨率

针对用运动补偿增加成像光谱仪能量积分时间的情况,推导出了其地面分辨率和望远系统焦距选择的一般表达式.运动补偿成像光谱仪地面分辨率与指向反射镜转角成反比关系,转角大时地面分辨率低,反之亦然.给定成像光谱仪探测器像元尺寸为20μm,飞行轨道高度为600 km,光线摆角≤30,以星下点、最大摆角和整个运动补偿段地面分辨率中值为30 m为依据来计算望远系统的焦距,求得望远系统焦距为400、470、435 mm,并给出了此时的地面分辨率相对比值与光线摆角的关系曲线.对于积分时间一定的情况,推导出指向反射镜的反扫角速度公式.结果表明:指向反射镜反扫角速度是卫星运动速度、飞行轨道高度、对目标进行凝视测量时光线的提前摆角、飞行时间及地球半径的函数,改变指向反射镜反扫的角速度,可使积分时间增大N倍.     

Offner成像光谱仪的消像差技术

介绍了基于同心结构的Offner成像光谱仪光学系统的工作原理、结构特点及优势,综述了Offner型成像光谱仪在国内外的研究进展。较详细地介绍了国内外目前常用的三种消像差方式,即通过改变光学元件装调结构实现消像差,基于单光栅像差理论的解析方法进行消像差以及通过设计凸面全息光栅来提高光谱图像的分辨率。文中总结了Offner成像光谱仪存在的关键问题及发展趋势,强调该系统需要解决的问题的是消除系统像差,提高系统光谱分辨率、空间分辨率和对弱信号的探测能力,其发展方向为更高的分辨率和探测能力以及系统的小型化和轻量化。基于对Offner成像光谱仪的研究,文中提出了一种从凸面全息光栅与光谱仪一体化设计的角度进行消像差的思路。