星载遥感器的挡光环优化设计与分析

空间光学系统的工作环境非常恶劣, 特别是在卫星本地时间的白天。太空中的太阳光、地气光以及各种热辐射构成了严重的背景噪声, 威胁着空间光学系统的成像质量, 甚至导致空间光学系统因无法成像而失去探测能力。挡光环的出现大大改善了背景噪声带来的不良影响, 可以直接阻挡视场外杂光, 从而影响着系统的杂光抑制能力。然而, 由于挡光环的尺寸较小, 当光线入射到挡光环的边缘时就会产生严重的衍射效应, 这种衍射效应对改善表面材料的散射特性起了反作用。因此, 怎样设计结构合理的挡光环成为了遮光罩设计中的重要环节。本文将机械设计中的聚焦组合创新方法应用到空间光学系统的挡光环优化设计中, 提出了新型结构的挡光环。通过与已有挡光环的结构形式做比较, 经计算机仿真, 验证了该新型结构挡光环的抑制杂散光的优越性, 为我国星载遥感器的挡光环设计提供一种新的方法。     

大视场空间可见光相机的杂散光分析与抑制

空间相机用于对空间暗弱目标的探测与监视,视场外杂散光的进入会降低像面对比度,严重时甚至会导致相机无法工作。大视场光学系统对杂散光尤为敏感。针对此问题,本文以一大视场空间相机为例,分析其杂散光的来源,通过研究杂光传输机理并总结抑制措施。为满足其轻小型的指标要求,在尺寸限制下分别设计挡光环垂直光轴和倾斜的遮光罩及光阑等消杂光结构。TracePro软件仿真结果显示:倾斜挡光环遮光罩的效果更好,该结构在杂光抑制角外的的点源透过率(PST)均达到10~(-7)量级,系统至少可以满足6. 5星等目标的探测,验证本文消杂光结构方案的有效性,为后续的系统优化提供了一定的参考。     

星载光学系统遮光罩消杂光结构优化设计方法

本文对星载光学系统遮光罩消杂光结构的优化设计做了初步探讨。提出了遮光罩和挡光环消杂光设计的基本原则。给出了一种二级遮光罩结构寸的优化设计方法和一种遮光罩内壁上挡光环位置优化设计方法,并对一级和二级遮光罩进行了初步的分析比较。     

星载光学系统遮光罩消杂光结构优化设计方法

本文对星载光学系统遮光罩消杂光结构的优化设计做了初步探讨。提出了遮光罩和挡光环消杂光设计的基本原则．给出了一种二级遮光罩结构寸的优化设计方法和一种遮光罩内壁上挡光环位置优化设计方法，并对一级和二级遮光罩进行了初步的分析比较。     

R-C系统外遮光罩挡光环的程序化设计及锥状内遮光罩的改进

基于几何作图法推导出R-C系统外遮光罩内挡光环顶点的坐标公式,利用C语言编程实现程序化设计挡光环.在中心遮光比确定的情况下,推导出内遮光罩的顶点坐标公式,并将通常使用的主镜一级锥状遮光罩改进为二级锥状遮光罩,以高速摄影系统的R-C型折反式主物镜为例,对其主镜和次镜内遮光罩进行设计,并给出设计结果.当轴角为70°,遮光罩为二级和一级时,到达像面的杂散光照度分别为1.082 3×10-12 W/m2和1.661 4×10-10 W/m2,相差二个数量级,证明改进的二级遮光罩优于一级遮光罩,能有效抑制杂散光.最后,设计了主、次镜间镜筒内壁上等高挡光环,进一步抑制了R-C系统的杂散光.     

超分辨卫星载荷光学系统杂散光抑制

为了进一步提高超分辨卫星载荷光学系统的空间分辨能力,需对系统杂散光进行抑制,以得到准确的原始图像.通过光线追迹方式,分析了系统杂散光,确认了杂散光的来源.通过Tracepro定量化分析和结构有限元分析,在限制范围内,不断优化、改进遮光罩尺寸及挡光环位置,得到光学系统视场外点源透射比均在10-3以下,验证了该杂散光抑制方案的有效性,为卡塞格林光学系统的工程应用提供参考.     

大视场空间相机轻型遮光罩的研制

空间相机遮光罩既能遮挡杂光进入相机镜头,又可利用遮光罩长度和遮光罩内的光栅及表面材料特性,吸收已进入遮光罩的杂散光,能够保证相机获得较高的信噪比。具有优良性能指标的碳纤维复合材料应用于空间相机中能够满足空间相机的结构设计指标,并能大大降低相机的重量。针对某空间相机进行了遮光罩的设计,通过利用有限元模拟仿真分析与试验验证相结合的方法,验证了碳纤维作为遮光罩材料的可行性和是否能够提高光学系统的信噪比。结果表明,碳纤维复合材料应用于空间相机遮光罩的设计是完全可行的。     

具有蜂窝内壁的遮光罩杂散光抑制特性分析

将具有蜂窝内壁结构的遮光罩内的杂散光传播分解为蜂窝结构的散射、内壁等效面传播两个层次的行为。通过建立蜂窝结构的等效面各向异性反射模型,采用蒙特卡罗法模拟获得内壁等效面的双向反射分布函数(BRDF)。以此为基础,再次采用蒙特卡罗法模拟遮光罩内壁等效面的杂散光传播过程,分析了该类遮光罩的杂散光抑制特性,并讨论了蜂窝高度和涂层反射率的影响。结果表明,遮光罩内壁蜂窝结构有很好的杂散光抑制作用;蜂窝高度与边长之比δ≥1时,遮光罩的抑制能力不再变化,降低涂层反射率能够有效地增强抑制效果。     

基于散射模型设计外遮光罩

通过对粗糙表面散射情况的分析发现,普通金属材料的表面散射能量主要集中在10°散射角内。针对这种现象,提出了基于该散射特性的光学系统外遮光罩设计方法,该遮光罩的杂散光抑制角比基于反射理论计算的大5°,具有良好的散射杂散光的抑制作用。最后以Ritchey-Chirtien(R-C)光学系统为例,为其设计了合适的遮光罩,并在TracePro软件中对比性地建模、分析。结果证明了该模型的正确性,且该遮光罩对抑制杂散光起到了很好的效果,点源透射比(PST)相对较低。     

折反射式空间相机光学系统设计与杂散光抑制

针对同轴两反射镜光学成像视场角受限、大视场角下成像对比度较低的问题,采用透镜组作为像差校正组,合理分配光学系统的光焦度及间距,来扩大两反射结构的成像视场角,提升相机全视场内的成像质量。以某一工程应用需要为例,设计并研制了焦距为750 mm、视场角2ω=3.45°、全视场平均传递函数在108 lp/mm处优于0.2的相机光学系统,且在未使用主镜筒外遮光罩的前提下,优化设计了次镜遮光罩以实现杂散光抑制。采用TracePro软件进行相机杂散光环境建模仿真,结果表明:在非成像视场角内的杂散光点源透过率(PST)的量值范围为10-3～10-6。系统满足传统地面目标探测成像要求,验证了紧凑型大视场折反射光学杂散光抑制结构的可行性,并为商用同轴折反射光学系统设计及优化提供了一定的参考。     

R-C系统的遮光罩设计与仿真

针对R-C系统的特点,考虑轴外渐晕的影响,推导出主、次镜内遮光罩尺寸设计的约束公式.讨论了次镜内遮光罩上挡光环的设计方法和位置计算公式,并给出外遮光罩的设计方法.对某R-C望远镜系统进行了遮光罩设计,并用光学软件进行杂散光分析,计算得到方位角分别为0°、45°、90°时的PST曲线.结果表明,当离轴角度大于太阳临界入射角时, PST值小于10－10量级,满足系统要求.     

Design of CASSEGRAIN telescope baffles with honeycomb entrance

The stray radiation suppression in Cassegrain family optical system is presented. The design method for ultra-short outer baffle with honeycomb structure is proposed. Meanwhile the constraint formulas for designing the geometries of primary baffle and secondary baffle are deduced when basing the characteristic and taking vignette into account. According to the ray trace simulated data, the point source transmit- tance values of the baffle are less than 10-^10 when incident angles are larger than the rejection angle. The honeycomb-look front baffle guarantees a comparable performance of stray light suppression with traditional tube baffle, while reducing the size greatly.     

离轴三反射望远镜遮光罩设计与杂光分析

分析了离轴三反射望远镜的杂散光特性,给出了遮光罩设计的基本原则并进行了初步的设计.根据系统所要探测到的极限星等,通过计算得到了望远镜光学系统的点源透射比所必需满足的条件;在Tracepro杂光分析软件中建模,在方位角为0°、45°、90°、135°和180°时分别对0.1°～80°之间共15个离轴角度进行了光线追迹,通过计算得到了系统的PST曲线.结果表明,系统PST整体上是下降的且在离轴角30°以后接近指标要求,但在方位角0°和180°时,PST曲线在个别角度有突增的现象,通过光线追迹数据,得到了主要的杂光传输路径,提出了对遮光罩的修改方案并对其进行了修改.最后对改进后的系统重新进行了仿真分析.仿真结果表明,系统的杂光抑制能力达到了指标要求.