摘要：基于面阵互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器成像物理过程,分析成像过程中各种噪声的来源,构建了一套面阵CMOS传感器图像噪声模型,并进行了噪声仿真及效果验证。首先,分析CMOS传感器信号转换过程中产生的噪声;然后,基于噪声特性构建噪声模型,提出该模型的参数标定方法;最后,利用自行设计的面阵CMOS相机在实验室拍摄的图像和航拍图像进行仿真效果验证及对比分析。测试结果表明,所提模型仿真图像与实验室实拍图像之间的信噪比(SNR)、峰值信噪比(PSNR)、结构一致性(SSIM)的平均相对偏差分别为3.85%、0.99%、1.33%,且与现有的噪声模型仿真结果相比有较小的相对偏差。不同噪声模型参数下航拍图像噪声仿真效果符合理论和实际情况。上述结果充分验证了所提出的噪声仿真模型的有效性。

摘要：为满足压强敏感涂料(简称“压敏漆”)图像准确、快速的配准需求,提出一种基于无监督学习的压敏漆图像配准方法——PIR-Net。首先,针对风洞环境中零件的大程度形变问题,构造多尺度的网络框架,实现压敏漆图像由粗到细的配准;其次,构造类似U-Net结构的卷积网络,实现图像宏观结构特征和局部细节特征的融合;最后,设计基于结构相似性的损失函数并引入梯度场约束,以提高特征稀疏图像的配准精度。实验结果表明,相较于领域内的典型配准方法,所提方法的归一化互相关指标提高了16.4%,均方误差提高了19.1%。

摘要：对卫星成像遥感的分辨能力开展理论分析,基于拉格朗日粒子扩散理论的CALPUFF模型得到点源大气CO_(2)排放烟羽分布结果,设计可探测像元统计和排放强度估算方法,以1×10^(-6)和4×10^(-6)的卫星反演精度和现有CO_(2)排放强度估算误差为标准,分析不同排放强度和气象条件下监测点源CO_(2)排放所需的最低空间分辨率。理论分析表明:空间分辨率越高,探测到的CO_(2)烟羽越完整,CO_(2)排放强度定量精度越高,对气象和排放强度因素的适应范围越广。探测分辨能力与排放强度成正比,与500 t/h排放强度对应所需的空间分辨率2.0 km相比,3000 t/h排放强度所需的空间分辨率提高至4.5 km;探测分辨能力与风速成反比,静风(风速为0)条件对应所需的空间分辨率为3.0 km,在10.0 m/s风速条件下,所需的空间分辨率为1.0 km。分析成像卫星的分辨能力并说明其适用场景,为未来成像探测数据的CO_(2)排放分辨能力分析和信息解译方法提供理论基础。

摘要：针对基于线阵电荷耦合元件(CCD)成像原理的调焦调平系统强实时性、高同步性及高数据率的特点,设计了一种基于串行RapidIO总线协议的光纤通信测试系统。该系统以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,以光纤为传输介质,通过串行RapidIO总线协议完成对调焦调平系统性能验证过程中的指令控制和图像数据传输。基于双存储器(FIFO)缓冲的SRIO接口设计使得该测试系统具有较强的通用性和实用性。测试结果表明,该系统光纤接口数据传输速率达440 MB/s,能够满足调焦调平系统性能验证对数据传输速率及正确性的需求。

摘要：太阳光在地球大气传输过程中产生的散射会呈现出固有的偏振特性,因此利用大气散射偏振态分布特性及其与太阳照射几何以及地表观测几何之间存在的对应关系,为地球大气层内导航提供了可能。然而因气象变化造成的大气组分改变会直接影响光散射分布,从而影响基于偏振态分布的方向定位精度,因此在偏振导航实际应用过程中,其方向指引精度受大气状况影响较大。为研究不同气象条件下天空偏振态变化内在机理,研制了一台天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪。该仪器可按需进行定时段、定天区、多天候天空光谱偏振态测量,采用分时偏振同时分谱非成像测量体制。仪器主要由偏振分析模块、偏振检测方位定位驱动电机、微型光谱仪、GPS定位模块、嵌入式采集控制模块、二维载重转台等部分组成,光谱范围为390~960nm,光谱分辨率为1.5nm,观测视场为3°,光谱线偏振度测量精度优于98.85%,偏振角测量精度优于0.1°,单点观测时间小于9s。经实验室定标和外场测试,表明该仪器可在多种气象条件下稳定观测天空光谱偏振态,其测量数据可用于天空偏振态影响机理相关研究。

摘要：星载同步监测大气校正仪(SMAC)用于获取遥感图像中时间同步、空间匹配的多光谱偏振大气信息,为高分辨率遥感图像的大气校正提供了气溶胶、水汽等微物理参数。为满足SMAC环境试验过程中现场光学性能标定的需要,设计了一种便携式多通道辐射参考光源(PMRLS)。PMRLS采用与SMAC一致的多通道光学设计,且各通道均为独立发光组件。发光组件采用发光体配合扩散板形成均匀照明,在可见近红外波段、短波红外波段分别选用LED和小功率卤钨灯作为发光体以降低整体功耗,采用低噪声稳定电流源驱动光源,结合散热片和风扇的散热设计以保证光源温度稳定性,并通过结构限位固定结构位置关系以提高光源测试的重复性。通过PMRLS应用对象,即SMAC,将积分球光源的辐亮度直接等效传递至PMRLS,并进行了非稳定度、非重复度评价。性能测量结果显示,SMAC地面检测光源各通道输出能量与SMAC动态范围典型辐亮度值的偏差在7%之内,非稳定度优于0.76%,非重复度优于1.3%,测量结果表明研制的PMRLS能够满足SMAC性能快速监测的需求。

摘要：单粒子锁定效应容易引起星载遥感仪器产生故障。针对空间高能粒子辐射环境诱发的偏振遥感相机性能退化问题,利用高能重离子和皮秒脉冲激光对星载偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器开展了试验研究,获得了此类器件的单粒子锁定特点,为工程设计及试验评估提供了参考。试验结果显示:偏振成像仪选用的模拟前端信号处理器对重离子诱发的单粒子锁定比较敏感,单粒子锁定LET阈值处于4.4~13.4 MeV·cm^(2)·mg^(-1)之间。针对模拟前端芯片LET阈值偏低的问题,提出了一种模拟供电端和数字供电端串联大功率防闩锁限流电阻和在轨定时开关机的设计方法。试验结果表明,该方法可有效避免器件单粒子锁定造成的器件过流烧毁及仪器失效等故障。研究结果可为星载偏振相机用模拟前端信号处理器抗辐射加固设计和单粒子地面模拟实验方法的建立提供技术基础与保障。

摘要：羟基OH对于人类理解中间层化学成分非常重要,它是大气光化学反应中重要的氧化剂,OH在308nm波段受到太阳能量激发,发射出OHA2Σ+-X2Π(0,0)荧光信号。为了探测中间层大气中OH自由基的紫外共振荧光发射信号,从复杂背景信号中分离目标信号,研制了中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪,光谱范围为308.2～309.8nm,光谱分辨率为0.008 25nm。临边观测主要探测大气散射信号,能量来源为大气中的粒子,包括大气分子与气溶胶、云等对太阳能量的散射作用。中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪基于空间外差光谱技术,可以在设计的闪耀波长范围内获得极高的光谱分辨率,适用于大气成分的精细探测。通过在前置或后置光学系统中加入柱面镜,总视场内的场景被分成多个视场切片,每一个视场切片的干涉图分别成像到对应的探测器行上。利用空间外差光谱仪具有空间维分层成像功能,临边观测时可以同时获取不同高度层大气吸收光谱的散射辐射信号,无需像传统临边探测遥感器在不同高度层进行扫描来获取大气高度维的廓线信息。为了验证中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪的临边散射信号探测能力与对观测几何的敏感性,进行了地面临边观测实验,探测紫外308nm波段大气散射信号。模拟临边观测几何,选取晴朗无云的一天,在空旷场地对大气散射信号进行观测。由于仪器基于空间外差光谱技术,需要对干涉数据进行干涉误差修正与光谱复原。对一段观测时间内间隔10分钟的干涉数据进行光谱复原并定标,得到最终临边观测光谱。由于散射信号的主要来源为大气分子对太阳光的散射作用,因此光谱中应包含太阳光谱高分辨率精细特征信息。从高分辨率太阳光谱中选取三个特征信息窗,分析观测光谱中对应波段,三个特征信息窗完全匹配,验证了中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪的超高分辨率光谱探测能力和光谱精细信息提取能力。将太阳辐射计实时测量获得的气溶胶光学厚度及根据观测时间计算的太阳天顶角与太阳方位角输入辐射传输模型SCIATRAN,结合对应日期与经纬度的大气廓线数据库,得到模拟光谱,将实测结果与辐射传输模型结果进行比对,两者残差较小。实测结果与模拟结果存在的残差,可能是由于大气环境参数并没有完全符合实测状态,后续可使用当地实时温湿压廓线对模拟数据库进行替换,使辐射传输模型更接近实际状态。与辐射传输模型对比的结果验证了中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪的散射信号探测能力与对观测几何的敏感性,验证了在轨探测多谱段、宽谱段大气散射光谱与OH目标信号的可行性,为在轨探测OH目标信号提供了理论与实验基础。

摘要：Offner反射式成像镜头相比于透射成像镜头具有适用波段范围宽、像差小、相对数值孔径较大、结构简单紧凑以及空间适应性良好的优点。结合空间外差技术特点和要求,给出了一种Offner成像镜头的设计方法和光路结构。该设计通过在出射光路中加入透镜改变缩放比,离轴装配消除像差的方法,可以满足空间外差光谱仪中对定域面干涉条纹进行任意比例缩放的要求。在系统要求数值孔径为0.042、缩放比为-0.8622…1的条件下,给出了设计实例,且点列图最大均方根半径优于1.81μm。最后对该系统进行了像质评价和公差分析,分析结果表明其成像质量可以满足空间外差光谱仪对成像镜头的要求,在现有加工和装配水平条件下可工程化实现。

摘要：调焦调平系统主要通过光学三角法的测量原理来实现,线阵电荷耦合器件(CCD)具有高帧频和高分辨率等特点,适用于高速且高精度检测的三角法测量。某调焦调平项目要求线阵CCD具有2048个有效像元,5 kHz的行读出频率,为此提出对最大额定读出频率为10 MHz的S11156-2048型线阵探测器进行12.5 MHz超频读出的驱动设计,以满足系统行读出频率的要求。首先从理论上验证超频读出的可行性,然后在电源、时序驱动和模拟前端的设计上展开细致研究,最后使用积分球光源在6.0 MHz的额定频率读出和12.5 MHz的超频读出下对线阵CCD成像系统的光电性能进行对比测试。实验结果表明,S11156-2048型探测器采用12.5 MHz的超频读出设计光电性能没有明显下降,信噪比为54.22 dB,电荷转移效率为0.999974,满足调焦调平系统的成像性能要求。