摘要：杂散光对星载红外光学系统的影响体现在两个方面,一是成像质量会恶化,二是仪器定标精度会降低。因此,开展星载红外光学系统杂散光分析与抑制工作十分必要。本文以FY-3气象卫星的可见光红外扫描辐射计(VIRR)为研究对象,使用TracePro对仪器成像光学系统进行建模仿真,得到了不同光谱通道在不同维度的点源透过率(PST)曲线。结合在轨仪器备份产品的杂散光实验室复测,对模型仿真与实测结果做了定性比对分析。通过分析PST曲线,找到了仪器可能受杂散光影响的光照角度;通过对卫星轨道参数进行仿真和分析,在考虑载荷间相互影响的情况下模拟了卫星穿越晨昏线时的光照射情况,获得了杂散光量级的初步结果。该工作还可以为同类载荷的消杂散光设计和太阳污染抑制提供参考,同时为遥感历史数据再定标提供基础支撑。

摘要：为满足空间光学系统高成像质量、高稳定性和高杂散光抑制效果的需求,文章从选材、选型及仿真设计等方面开展研究,提出了一种新型光机一体化反射镜无框结构优化方案。方案的光学镜面通过钛合金表面烧结玻璃技术实现16∶1的镜坯光学面本体径厚比,加工难度与成本显著低于碳化硅与铍反射镜。经静应力与模态分析:反射镜结构稳定,重力及安装应力对镜面面形的影响可忽略不计,样件实测面形误差峰谷值<0.65λ,均方根值<0.12λ(λ=632.8nm),通过了相关环境性试验验证;经系统建模及杂散光分析:敏感角度斜入射视场光通量透过率可降低至传统光机分离设计的5~20%左右。设计方案已经成功在轨应用,为星载光学成像高光学稳定性与高杂散光抑制需求的实现提供了一种可借鉴的技术手段。

摘要：针对全球能量循环及水文循环研究需求,提出了一种适用于可见至太赫兹超宽谱段多通道云探测光谱成像仪的光学系统设计方案。系统以推扫方式成像,获取可见至太赫兹谱段内共10个通道的光谱信息。对应450 km轨道的刈幅为100 km,可见、红外、太赫兹星下点分辨率分别为75 m、100 m、10 km。光学系统采用离轴折反混合结构。太赫兹部分口径为150 mm,F数为3;可见、红外口径分别为42 mm和68 mm,F数均为2。通过视场分光实现太赫兹与其他通道的波段分离。在可见、红外后光路单独设置孔径光阑以解决其与太赫兹孔径相差较大带来的问题。设计结果表明:各像面点列图均方根直径小于像元大小,调制传递函数在奈斯奎特空间频率下均接近衍射极限,成像质量良好。经容差分析可得,光学系统可满足原理样机验证成像需求。

摘要：工业排放增多导致水体环境恶化,海洋生物濒危。传统的水体监测技术已无法满足实时、快速、准确的应用需求,为对水体环境实行更有效的监测,各研究单位开始利用遥感技术获取水体信息。针对水体监测的技术要求,设计了一种焦距为84.5mm,口径20mm,视场36°×6°的离轴三反式光学系统,可以满足空间遥感宽光谱覆盖的要求。系统主镜、三镜采用六次非球面,次镜采用二次曲面。经公差分析后,具备实际可加工性,在奈奎斯特频率处(71lp/mm)处各视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.6,接近衍射极限,成像质量良好。该光学系统有望对监测水体污染具有一定参考意义。文章以主镜为例设计Offner补偿器生成非球面波对非球面镜进行零位补偿检测。

摘要：为了测量大气层中分布在近红外波段（1 591~1 621 nm）的CO_2吸收光谱,设计了一种高分辨力光谱探测仪,并开展了相关原理样机的研制。对国外载荷进行分析,系统选用了平面反射光栅分光的结构形式。光谱仪由前置望远物镜及成像光谱仪组成,望远镜采用匹兹伐结构,以满足系统大相对口径、小瞬时视场的特点。通过ZEMAX进行仿真和优化设计,系统实现了0.1 nm的高光谱分辨力,在20 lp/mm处MTF大于0.65。这种方案工程实现性好,设计方法与结果合理可行。

摘要：利用LightTools杂散光分析软件,建立一个空间光学系统光学机械结构模型。计算这个系统内部各机械表面辐射能量到达像面的辐射能量的大小,判断出关键表面;通过比较在四种不同的发射率情况下,像面接收到各个表面杂散辐射量的变化规律,得到有用的分析结果来对这个系统提出了初步的措施抑制,并且可以指导其他类似系统的分析和设计。

摘要：为了实现空间载荷在高时间分辨率下对CO_2吸收光谱的高精度测量,以满足研究大气CO_2源和汇问题的需求,设计了一种宽幅高光谱分辨率CO_2探测仪光学系统。满足总体指标:轨道高度705 km,幅宽200 km,地面采样间隔2 km×2 km。通过采用浸没式衍射光栅作为分光元件,设计F数为1.8,光谱分辨本领20 000(光谱分辨率0.08 nm)的CO_2探测仪光学系统。光学系统由前置望远系统与类Littrow式分光系统组成。设计结果表明,系统实现了0.08 nm的高光谱分辨率,在系统奈奎斯特频率(25 lp/mm)处,系统的调制传递函数(MTF)优于0.65,探测器单个像元内衍射能量集中度高。系统具有良好的性能,满足应用需求。

摘要：对风云三号(FY-3)中分辨率光谱成像仪(MERSI)的黑体进行了在轨太阳污染模拟,以掌握在轨太阳污染对面源黑体的影响,同时研究了抑制太阳污染的措施。模拟了FY-3卫星轨道及全轨道周期内太阳光的入射角,使用Tracepro软件建立了太阳污染模拟的模型,利用太阳光入射与MERSI的相对位置对太阳污染进行仿真,分析了污染随光谱成像仪扫描镜旋转和卫星飞行位置的变化。最后,根据分析结果设计了太阳污染抑制措施,并对抑制效果进行了仿真验证。结果表明:在扫描镜附近区域设置遮光板,有效地抑制了太阳光的污染,使辐射量级小于0.1 W,整个太阳污染功率下降了97%以上,对黑体有良好的保护效果。另外,提出的方法提高了面源黑体温度的均匀性和稳定性,保证了红外通道星上定标精度。

摘要：高分辨率空间红外相机的光学系统具有大口径和大相对孔径的特点,针对某高分辨率红外相机的设计需求,根据三级像差理论计算了同轴三反系统初始结构,设计了传统的同轴三反和同轴偏视场三反系统。通过同轴两反主光学系统和离轴三反后光学系统合理的光焦度分配,设计了组合式五反系统共三种光学系统。设计的系统工作波长8~10μm,焦距7 000mm,相对孔径1…2.29,线视场角±0.58°×0.03°。在综合分析成像性能和光学加工、检测及系统装调等技术的基础上选定组合式五反光学系统为最终方案。五反光路结构尺寸为3 500mm×3 050mm×3 050mm,主镜达到3m级别,考虑到单镜整体加工检验难度,采用18块边长750 mm的正六边形子镜进行合成孔径拼接,子孔径拼接后系统全视场内的调制传递函数大于0.4,系统各项性能满足了技术指标。

摘要：针对地球环境遥感的大视场和宽光谱的应用需求,在同轴三反光学系统的基础上,通过视场离轴实现了无中心遮拦,并设计了一种焦距为120 mm、F数为3.5、工作波长为0.4~1.65μm、像元尺寸为7.5μm以及采用Cook三片式结构的光学系统。在没有使用自由曲面的情况下,实现了30°×4°的大视场。其中,主镜为六次双曲面,次镜为二次扁椭圆面,三镜为四次扁椭圆面。在全视场范围内,该系统在奈奎斯特频率处的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)大于0.6,接近衍射极限。其弥散斑直径的均方根值小于探测器的像元尺寸,畸变小于2.5%,说明本文系统具有优良的成像性能。