摘要：设计声光可调谐滤波器(AOTF)成像光谱仪时,ZEMAX等软件缺乏AOTF光学表面,导致光学设计困难,本文根据波矢量匹配原理,在ZEMAX中建立了基于声光衍射效应的AOTF自定义表面模型,实验表明该模型能够实现AOTF的衍射光精确追迹。在此基础上,针对传统方法校正AOTF横向色差时残差较大的问题,提出了基于胶合棱镜的高精度横向色差校正方法,结合AOTF自定义表面,完成了胶合棱镜的玻璃组合和顶角的自动优化。结果表明,文章提出的自定义表面和胶合棱镜色差校正相结合的方法大大方便了AOTF成像光谱仪的设计,能够将横向色差控制到0.000 3°,比以往方法提高了一个量级,有效抑制了光谱图像的漂移。

摘要：面向火星探测,设计并研制了一种基于声光可调谐滤波器(AOTF)原理的成像光谱仪地面原理样机。该样机由前置光机系统和后置电子学系统组成,光学系统采用消色差远心光路结构,工作波段为550～1 000nm,光谱分辨率为0.9～4.0nm。在电子学系统中引入可编程片上系统技术,并设计了新型SpaceWire高速总线接口用于数据传输。样机在实验室定标的基础上,搭载于模拟火星探测器上进行了成像试验。试验结果表明:样机成像质量良好;与ASD光谱仪的一致性对比检验表明,光谱测量准确可靠,两者数据匹配精度超过96%。SpaceWire接口实现了100 Mb/s数据率的稳定传输,满足设计指标25Mb/s的要求。样机的研制为AOTF成像光谱技术在火星遥感探测领域的应用奠定了技术基础。

摘要：基于声光可调谐滤波器(AOTF)的工作原理,设计了一套工作在440～780nm的光谱成像光学系统。该光学系统通过引入一面偶次非球面提高了系统的成像质量,简化了镜头的结构,提高了光学系统的透射率。前置光学系统采用由一组双胶合透镜构成的像方远心光路。后置成像光学系统由一组三胶合透镜构成,其中包含一面非球面,根据非球面变形系数与初级像差间的贡献关系,完成了非球面及其位置的优化和对AOTF的+1级衍射光成像。光学系统在32lp/mm的空间频率下的调制传递函数(MTF)大于0.6,像质优良,加工装调公差适中。

摘要：提出并实验研究了利用石英晶体自身特性产生光学偏置的线性电光调制器。利用某些电光晶体的自然旋光性和自然双折射,并合理设计晶体尺寸及其晶轴与光传播方向之间的夹角,可以提供所需要的光学偏置以实现大动态范围的线性电光调制。对于兼有电光和电致旋光效应的晶体,例如石英晶体,应考虑综合利用这两种效应对电光调制的贡献。实验研究了一块石英晶体的电光强度调制特性,在27V～4.5kV工频调制电压范围内,调制输出信号与调制电压之间的线性相关系数大于0.9999。

摘要：为了控制透射式旋转对称光学系统中的偏振效应,提高系统的光学性能,对该系统中的偏振像差进行了分析。在偏振像差理论的基础上,用偏振光线追迹法导出了该系统偏振像差的计算公式。对影响偏振像差的因素进行了分析,提出了透射式旋转对称光学界面产生的偏振像差的影响因子。最后,对一望远物镜进行了偏振像差分析,结果显示,入射角为18.77°时所产生的偏振像差是入射角为7.86°时的5.5倍;镀有膜系Layers2时的偏振像差比镀有MgF2膜时减小了约30%;λ=1.1μm时的偏振像差约为λ=0.55μm时的10倍。分析结果表明,对于具有宽光谱、大入射角、大视场等特点的透射式旋转对称光学系统,要想提高其光学性能,必须控制偏振像差。尽可能减小入射角的大小,将薄膜设计和光学设计结合起来,通过减小偏振分离的方式来降低系统中的偏振效应,是控制光学系统中的偏振像差的有效措施。

摘要：针对现有舵偏角同步动态测量中存在的局限性,设计一套四通道舵偏角同步动态测量系统。在系统标定中,通过计算光条直线的Plcker矩阵求解光平面方程,完成视觉传感器的局部标定。以2个连接在一起的平面靶标为中介,通过两两校准方式实现多视觉传感器的全局校准。在实际测量中,基准视觉传感器拍摄基准装置,建立基准坐标系,其余4个视觉传感器分别测量对应舵面在基准坐标系下的法向矢量,通过连续测量实现四通道舵偏角的同步动态测量。经试验证明,在测量角度±30°范围内,该系统角度测量RMS误差可达±0.05°。

摘要：以光电准直和针孔成像原理为基础,结合虚拟扩展成像面技术,提出了一种新型的大视场二维姿态角测量方案。以针孔光阑和高精度反射镜组构成其光学系统,从菲涅尔-基尔霍夫衍射理论出发,建立了光学系统的成像模型,通过计算机数值仿真,设计了光学系统的模式和最优参数。按照设计参数搭建实际测量系统,对设计方案进行了分析验证。结果表明,光学系统设计合理,可以满足大视场姿态角传感器的设计要求。

摘要：针对AOTF成像光谱仪的光谱图像退化程度难以定量化评价的问题,提出了包含后楔角影响的AOTF器件调制传递函数(MTF)定量计算方法。该方法通过建立AOTF的光谱-空间维响应模型获取AOTF器件的线扩散函数(LSF),然后通过线扩散函数傅里叶变换得到理论MTF。在验证实验中,截止频率内的MTF理论值与实测值相对偏差小于15%,可以为AOTF的像质评估提供理论依据。进而,通过该定量计算方法讨论不同AOTF后楔角对光谱图像像质的影响。通过仿真分析得出,AOTF的后楔角难以同时满足横向色差校正与图像退化抑制,需要根据实际应用对于空间分辨率以及横向色差的要求进行取舍。所以,针对AOTF不同后楔角进行光谱图像像质的定量分析对于评估AOTF光谱图像像质具有重要意义,为AOTF器件设计提供了理论依据。

摘要：声光可调谐滤波器（AOTF）是一种新型的分光器件，能够从复色光中衍射出带宽很窄的单色光，和传统光谱仪相比，基于AOTF的光谱仪在工作机制和仪器设计上有其自身的特点。通过分析AOTF器件的工作原理、衍射方式和参数指标，搭建了基于AOTF的成像光谱系统，利用标准单色光源进行光谱定标，并进行室外实测实验以验证系统功能。与ASD公司光谱辐射计（FieldSpec Pro FR）的同步测量结果表明：该仪器通过经验线性法获得的550～1000nm植被光谱曲线和光谱辐射计获得的曲线较为一致，能够满足高光谱成像探测的要求。

摘要：介绍了一种基于仿真星图的星敏感器地面功能测试方法。该方法对卫星(飞行器)运动轨道和姿态参数及星敏感器的姿态参数进行仿真计算、模拟生成星敏感器在轨状态下的仿真星图。星敏感器以此仿真星图作为测试信号源,通过对仿真星图的处理,实现对星点定位、星图识别、姿态计算等功能的全面测试。为简化电路设计,该方法选用星敏感器现有接口作为通讯接口。为满足功能测试的实时性需求,采取局部更新的手段来减少星图传输数据量。实验表明,该方法能对星敏感器电子部件的功能进行有效验证,在使用RS232接口、波特率设置为115200bps的情况下,可以实现20Hz数据更新率的测试。该方法实现简单、通用性强且不依赖其他外部设备,可以满足航天环境试验和整星联调阶段的功能测试任务要求。