摘要：为实现海水吸光度大范围长时间的测量,设计了适用于海洋拖曳观测系统的原位吸光度传感器。传感器可实现多波段吸光度同步探测,选取LED和光电二极管分别作为光源和探测器,通过多通道并排排列的光机结构布局方式及高集成电路优化等实现传感器的小型化及低功耗设计;使用窄带光学滤光片及数字锁相处理算法实现明场环境下的海水吸光度原位探测。实验证明该吸光度传感器具有高精度、小体积、抗环境干扰能力强、功耗低、稳定等优点,传感器精度优于0.0001 AU。该吸光度传感器可通过设计不同路径长度的吸收池来适应复杂的水域环境,也可在近岸海域搭载船只通过走航式实现连续探测,具有广泛的应用前景。

摘要：针对现阶段强度调制偏振光谱测量技术在光程差域内不同通道间存在频谱信息串扰的不足,采用加窗插值傅里叶变换法,研究了不同切趾函数对强度调制偏振光谱测量技术的影响。首先,进行强度调制偏振光谱测量技术理论分析,完成强度调制模块的设计;其次,根据强度调制模块的设计指标,模拟入射光的光强信息及采用不同切趾函数的信息解调复原过程;最终,对强度调制偏振光谱测量系统进行仿真,根据仿真模型结合高分辨率光谱仪、平行光管等器件完成偏振光谱测量装置的搭建,进行偏振光谱测量实验。研究结果表明,偏振光谱测量系统设计指标选择合适的切趾函数可以减少光强信息截断过程中造成的频谱能量泄露,使光程差域内不同通道之间的串扰信息减少、偏振光谱复原精度提高,不同切趾函数切趾处理后线偏振光的偏振度最小误差由0.0768减小到0.0014,偏振度接近1。

摘要：推扫式光谱成像技术虽然具备较高的空间、光谱分辨率,但其推扫成像的技术特点使其牺牲了时间分辨率,无法满足对动态目标、短时过程的光谱成像,限制了高光谱成像技术的应用范围。针对该缺陷,研制了基于微透镜阵列的快照式高光谱成像仪。快照式光谱成像仪波段范围为500~700 nm,平均光谱分辨率优于10 nm。按照上述指标首先进行了快照式光谱成像仪的光学设计,然后根据光学设计结果对关键元器件进行了加工采购,并搭建了系统样机。通过对搭建的系统样机进行定标及目标物探测测试,仪器光谱成像效果良好。较传统推扫式光谱成像系统,该系统实现了快照式光谱成像,能够有效地提升高光谱成像探测效率,有助于拓展高光谱成像探测技术的应用范围。

摘要：文中提出了一种水下线激光的三维重建系统,由相机、绿色线形激光器和转台组成,通过对系统扫描获得的图像进行分析与处理,实现对目标区域的三维重建。采用边缘检测算法与基于极值法的高斯拟合法相结合的条纹中心提取算法,利用坐标转换公式,得到相应的三维点云坐标。点云处理方面,将alpha shapes边界提取算法和Delaunay三角剖分相结合,实现对点云的滤波与重建。针对实验中由于光线在不同介质表面折射造成的视角误差问题,提出了一种折射校正算法,并用已知尺寸的标准球进行了误差实验。结果表明,在500~1200 mm的工作距离内,系统可以实现对水下目标物体及区域的三维形貌还原,重建误差小于0.6 mm,满足设计要求,为水下三维重建技术提供新的参考。

摘要：星载宽波段临边臭氧廓线探测仪是一种新型空间光学遥感器,根据宽波段、大动态范围、小型化的要求,提出了利用随波段衰减滤光片调节入射信号的强度,实现宽波段大动态范围临边成像光谱同时探测的新方法。采用离轴抛物面望远镜和离轴非球面光谱成像系统,设计了一个棱镜色散型宽波段临边臭氧廓线探测仪光学系统,工作波段290~1000 nm、视场1.4°×0.032°、焦距80 mm,相对孔径1/6。利用光学设计软件ZEMAX-EE进行了优化设计和性能评价,结果表明,成像点弥散斑半径的均方根值最大为6.2 mm,小于探测器像元尺寸的1/2,在290 nm处,光谱分辨率0.9 nm,在1000 nm处,光谱分辨率22 nm,均满足设计指标要求。临边臭氧廓线探测仪全系统不同波长的光学传递函数在特征频率7.4 lp/mm处大于0.82,设计结果满足成像质量要求,且具有体积小、质量轻的特点,适合空间遥感应用。

摘要：高分辨率大相对孔径宽视场成像光谱仪已成为星载海洋水色遥感等领域的迫切需求，根据大相对孔径和宽视场的研究目标，采用折叠Schmidt望远成像系统与改进型Dyson光谱成像系统匹配的结构型式，设计了一个相对孔径1／1．2、视场3．9°，工作波段0．35～1．05μm的航天遥感成像光谱仪光学系统。基于像差理论，分析了改进型Dyson光谱成像系统球差校正原理。运用光学设计软件ZEMAX对成像光谱仪光学系统进行了光线追迹和优化，并对设计结果进行了分析。分析结果表明，光学系统在各个波长的光学传递函数均达到0．77以上，谱线弯曲和谱带弯曲均小于6％像元，便于光谱和辐射定标，完全满足设计指标要求，且结构紧凑，非常适合应用于航天遥感。

摘要：大口径星敏感器已成为卫星导航领域的迫切需求，根据大口径和轻量化的研究目标，采用R-C系统和球面补偿透镜组相结合的结构型式，设计了一个视场1．8°、焦距719mm，人瞳直径164mm，工作波段0．45～0．9μm的折反式大口径星敏感器光学系统，采用像方远心设计，降低了像面离焦对能量质心位置计算的影响，同时提高了像面照度均匀性。根据像差理论计算初始结构参数，利用光学设计软件CODEV进行了光线追迹和优化设计，设计结果表明，光学系统遮拦比0．317，光学传递函数在特征频率26lp／mm处，大于0．81，成像点80％的能量集中在3×3像元内，垂轴色差小于2μm，最大质心偏差小于2μm。采用内遮光罩、外遮光罩、次镜遮光罩和挡光环等消杂光设计来降低杂散光水平，利用Tracepro软件对光机系统的杂散光进行了仿真分析，分析结果表明，在离轴角6°～90°范围内，点源透射比在10-7～10-4量级，满足应用要求。

摘要：为满足空间大气痕量气体探测的迫切需求,设计并研制了一个空间遥感大气痕量气体临边探测仪原型样机.该样机光学系统由离轴抛物面望远镜和改进型Czerny-Turner光谱仪组成,工作波段为380～570nm.在工作波段内,点列图半径的均方根值均小于9μm,校正了像散,整个工作波段内同时获得了良好的成像质量.原型样机质量12kg,体积420×350×200mm3,空间像元分辨力0.6km,光谱分辨力0.86nm,各项指标均满足要求.利用临边探测仪原型样机进行了外场观测试验,外场观测光谱数据与模拟光谱数据进行了比对,二者具有很好的一致性,表明大气痕量气体临边探测仪功能和性能良好,满足大气痕量气体探测的应用要求.

摘要：根据高层大气遥感的应用要求,设计了一个全反射式的远紫外高光谱成像仪光学系统,该系统由扫描镜、离轴抛物面望远镜和超环面光栅光谱仪组成。提出了一种凹面超环面光栅光谱仪像差校正方法,根据凹面光栅的几何像差理论求解初始结构参数,然后利用光学设计软件Zemax进行优化,完成了超环面光栅光谱仪的设计,在工作波段内,点列图半径的方均根均小于16μm,实现了宽波段像差同时校正,满足光谱分辨率0.6nm的指标要求,也证明了提出的像差校正方法是可行的。运用光学设计软件Zemax对远紫外高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹,并对设计结果进行了分析,分析结果表明,各波长的光学传递函数均达到0.8以上,完全满足设计指标要求,且结构紧凑,适合空间遥感应用。

摘要：宽视场大相对孔径高光谱成像仪已成为航空海洋水色遥感等领域的应用需求。根据宽视场和大相对孔径的研究目标，采用离轴Schwarzschild望远成像系统和改进型Dyson光谱成像系统匹配的结构型式，设计了一个视场为40。、相对孔径为1／1．8、工作波段为0．35～1．05μm的航空遥感高光谱成像仪光学系统。基于像差理论，分析了改进型Dyson光谱成像系统球差校正原理，运用光学设计软件Zemax对高光谱成像仪光学系统进行了光线追迹和优化，并对设计结果进行了分析。分析结果表明，设计的光学系统在各个波长的光学传递函数均不小于0．82，谱线弯曲和谱带弯曲均小于像元尺寸的5％。这便于光谱和辐射定标，完全满足设计指标要求，且系统体积小、重量轻，适合于航空遥感应用。