1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
对基于衍射光学系统的激光雷达的波束展宽方法和作用距离进行了分析，介绍了实验样机的研制情况。根据实际激光雷达的成像特点并结合宽幅成像的需求，提出了离焦扩束、加柱面镜扩束以及基于衍射镜的波长变化扩束3种接收波束展宽方法，进行了仿真计算并给出了实验样机的部分测试结果。给出了扩束情况下激光雷达的作用距离表达式，同时讨论了模数转换（AD）采样量化对接收信号采样的影响，明确了接收扩束产生的增益下降可由电子学放大器来弥补的观点，并结合实际数据给出了验证结果和分析结果。
遥感 激光雷达 衍射光学系统 激光扩束 宽视场接收 雷达方程
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室，吉林长春100
为了保证航空相机的成像效果，设计了气密光学窗口及其保护罩。本文对光学窗口的设计流程进行了分析，讨论了光学窗口设计的考虑因素，例如光学材料、光学厚度、压力和气密安装方案等。为了实现在非工作状态下对光学窗口的保护，设计了双层舱门结构形式的光窗保护罩，实现了系统的小型化。通过仿真分析和试验，测试了气密光学窗口和光窗保护罩的稳定性，系统能够在2个大气压和高低温环境下正常工作，性能良好。光学窗口保护罩整个厚度仅为37 mm，能够实现快速开启与关闭，单程时间为7.7 s。相关分析方法解决了光学窗口设计问题的盲目性，使光学窗口的设计更加合理可靠。本文提出的方案为航空相机光学窗口的设计和保护提供了参考和技术支持。
航空相机 光学窗口 气密性 光窗保护罩 双层舱门 aerial camera optical window airtight protector double hatch 光学 精密工程
2022, 30(20): 2436
红外与激光工程
2021, 50(8): 20200371
1 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室, 北京100190
2 中国科学院大学, 北京100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
合成孔径激光雷达是实现计算成像的一种重要途径。首先,介绍了多通道逆合成孔径激光雷达(ISAL)样机、成像探测实验及信号处理方法。然后,阐述了样机系统组成和关键技术解决途径。接着,利用基于一发多收脉冲体制和全光纤光路的相干激光雷达样机,给出了地面运动车辆目标的成像探测实验结果。最后,在收发扩束宽视场条件下,验证了多通道ISAL的高分辨率成像能力和顺轨干涉运动补偿成像方法的有效性。
成像系统 逆合成孔径激光雷达 相干成像 干涉处理 激光扩束 运动补偿 激光与光电子学进展
2021, 58(18): 1811017
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家重点实验室，北京 100190
设计了一种薄膜衍射消热差红外光学系统。此光学系统口径为 200 mm，焦距为 200 mm，相对孔径为 1，全视场角为 3.，工作波段为 10.7～10.9.m。该系统采用薄膜衍射镜作为主镜，厚度为微米量级，具有口径大、重量轻的优点，解决了现有红外光学系统重量和口径无法调和的矛盾。利用含有衍射面的折衍混合透镜进行校正主镜带来的强色散，有效解决薄膜衍射主镜成像视场小、谱段范围窄等问题。采用薄膜衍射主镜、折衍混合透镜，很好地利用了衍射面良好的消热差特性，再结合透镜材料的选择，对光学系统消热差起到了良好的作用，并且，衍射面的使用为系统设计优化过程中增加了自由度。薄膜衍射消热差红外光学系统重量轻、成像质量好、消热差性能优良，在红外遥感成像探测领域具有良好的应用前景。
光学设计 衍射光学 薄膜 消热差 optical design, diffractive optics, membrane, athe
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空成像与测量重点实验室，吉林 长春130033
为了研究航空低温温度对自准直检焦系统的影响，从而指导实际检焦系统的设计及修正，本文根据自准直检焦及几何光学原理，分析了单点成像、条纹成像及有无像散条件下，成像位置、成 像宽度与接收的光强度差之间的相互关系，并给出了相关理论公式。结合实际的相机工况，对光学系统进行了相应的仿真，仿真结果显示，仿真双波峰电压值为1.4 V和0.47 V，与实际的检焦双波 峰电压值1.38 V和0.56 V基本一致。根据结果进行了温控和柔性支撑，从而使检焦正常，提高了自准直检焦系统的温度适应性。本研究对系统的温度适应性具有指导作用。
航空相机 自准直检焦 低温环境 单点成像 条纹成像 aerial camera auto-collimating focusing low temperature single point imaging fringe imaging
1 中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
合成孔径激光雷达(SAL)可在大前斜视角条件下以较小的光学孔径,对远距离目标进行高分辨率、高数据率成像,是光学成像探测的一种重要形式。对口径为100 mm、作用距离为20 km、分辨率为0.05 m的SAL的工作模式、系统方案、指标参数和关键技术进行分析,并提出与设备整流罩共形的衍射光学系统概念,有利于减少气动影响和设备的体积、质量。借助微波相控阵天线模型,研究基于频率扫描变化的激光波束展宽和一维波束扫描方法,给出相关波束方向图的仿真结果。结果表明,基于曲面共形衍射光学系统的SAL成像探测技术具有可行性。
遥感 衍射光学系统 合成孔径成像 激光雷达 激光波束扫描
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了消除在实际飞行过程中温度变化对机载折反式光学系统成像质量的影响, 对该系统的光学元件、机械结构等部分进行热分析, 实现机载折反式光学系统的无热化设计。首先, 根据透镜的光焦度公式推导透镜的光焦度温度函数, 列出透镜组的消热差方程。接着, 在考虑支撑结构的影响时引入轴向放大率, 以此表现折反式系统部分元件间隔变化对系统焦距影响大的特点。最后, 结合前两者确定完整的消热差方程来指导无热化设计。仿真结果表明, 工作在486~656 nm波段, 焦距为1 850 mm的机载折反式可见光光学系统在0~40 ℃之间成像良好, 调制传递函数下降不到0.1。
无热化设计 折反式光学系统 轴向放大率 可见光波段 athermalization design mirror-lens optical system axial magnification visible light
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
针对大视场、高分辨率、低畸变和环境适应性要求高的三线阵航空测绘相机光学系统设计要求, 开展新型光学系统结构形式设计: 首先, 根据总体方案要求以及稳定平台安装特点, 确定了单镜头的技术方案; 接着, 分析计算了光学系统各项指标参数, 光学系统拉氏不变量达到9.5; 然后, 对比分析了非像方远心光路、像方远心光路和准像方远心光路的结构形式; 最后, 设计了一种航空环境适应性良好的双高斯复杂化失对称准像方远心光学系统结构形式。设计的光学系统成像质量好, 在全色谱段内的Nyquist频率为100 lp/mm, 全视场调制传递函数均优于0.36; 分别在R、G、B谱段的Nyquist频率为50 lp/mm, 全视场调制传递函数均优于0.6。光学系统全视场最大相对畸变优于0.1%, 在均匀温度0~40 ℃范围内, 全色谱段调制传递函数优于0.3。实验室鉴别率板测试结果表明, 相机静态分辨率达到102 lp/mm; 飞行验证试验结果表明, 相机摄影分辨率达到0.16 m@2 km航高。光学系统设计完全满足大视场三线阵航空测绘相机环境适应性和分辨率的要求。
测绘相机 调制传递函数 机载环境适应性 光学设计 准像方远心 mapping camera modulation transfer function airborne environment adaptability optical design semi-telecentric structure
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
针对传统图像配准技术难以对海洋、沙漠、草原等特征不明显区域航空遥感图像进行配准的问题,提出了一种基于地理位置信息的航空遥感图像配准算法。依据载机定位定向系统测量的载机位置、姿态信息以及航空相机中位置编码器测量的框架角位置信息,利用齐次坐标变换的方法求解配准点在大地坐标系下的投影。利用世界大地坐标系-84坐标系定义的地球椭球模型确定匹配点的经纬度信息,将相同地理位置信息的配准点进行配准。采用蒙特卡罗法仿真分析了载机姿态位置信息及框架角位置信息对配准精度及定位精度的影响。采用实际的航空遥感图像进行实验,结果表明,在载机飞行高度低于2000 m,拍摄倾斜角小于18°时,配准精度可优于3 m,遥感图像中的海上控制点的定位精度优于35 m。
遥感 图像配准 地理位置信息 误差分析 目标地理定位
