光电系统中探测器与光学系统的匹配

研究了小目标在光电成像系统中的成像 ,讨论了光电成像系统中影响系统分辨率的两个主要因素 :光学系统的爱里斑和探测器的尺寸。通过对这两个因素的分析可以看到 ,光电成像系统中光学系统的F数以及系统的工作波段与探测器尺寸的相互制约关系     

航空推扫高光谱成像仪CCD探测器选型研究

在可见近红外(VNIR)波段,信噪比及焦面稳定性是高光谱成像系统的重要性能指标,其中电荷耦合器件(CCD)探测器的合理选型是提高高光谱系统的信噪比及焦面稳定性的重要环节。提出了一种基于CCD像元规模、帧频和像元尺寸三个参数的快速选取符合要求CCD的方法,根据VNIR波段信噪比公式,建立了信噪比与焦深两个模型,根据工程应用系统分析,阐述了选型过程,着重阐述了像元尺寸选型(信噪比选型)的计算,对选型结果进行信噪比和焦深分析,验证了模型建立与选型方法的合理性。结果表明,提出的CCD选型方法可以高效准确地选取符合高光谱成像仪要求的CCD探测器。     

航空相机镜间快门对像移的影响分析（英文）

为了提高航空遥感相机的摄影分辨率,获得高分辨率的航空图像,除了采用具有高传递函数的光学系统和高质量成像介质外,还要正确控制快门的曝光时间,以保证探测器能够获得合适的像移量。本文基于一种航空测绘相机镜间快门的结构形式及工作原理,以笛卡尔理论为基础,通过坐标变换方法,建立地面目标和影像之间的矩阵关系,从而确定快门曝光时间和像移量的关系,接着,结合相机速高比、像元尺寸等参数,对像移量及像移残差进行分析。根据相机的不同安装方式,以像移残差为1/3像元尺寸为标准,判定成像系统是否加入像移补偿机构,为相机设计提供理论依据。通过静态测试及飞行试验对分析进行验证。试验结果表明,相机分辨力达到36.8 lp/mm,航拍图像良好,满足指标要求。     

色散型光谱仪采样调制传递函数及对高斯型光谱谱线的影响

光电探测器参数的选择对色散型光谱仪性能具有重要影响,有必要对光谱仪中光电探测器的离散采样过程进行深入探讨.文章从频率域的角度出发,建立了采样模型,探讨了输入余弦信号的空间频率、光电探测器采样的像元宽度及像元的初始相位对采样结果的影响.引入取整函数,给出了统一的采样调制传递函数表达式,提出并计算了平均采样调制传递函数,消去了初始相位的影响,便于实际应用.对于色散型光谱仪光学系统产生的典型高斯型光谱谱线,将高斯谱线的傅里叶变换与平均采样调制传递函数相乘,得出了光谱仪整系统的调制传递函数表达式.在频率域分析了采样过程的平均混叠误差与空间频率的关系,研究了平均混叠误差极大值与高斯光谱谱线宽度的关系,并给出了要精确恢复谱线所需谱线宽度的阈值.该阈值对于光谱仪系统的光学参数选择有重要的参考意义.     

光学外差探测信噪比研究

对于光学外差探测系统而言,为了有效利用回波信号,需要对信噪比这一表征系统性能的重要指标进行研究。从理论分析了信噪比,给出了计算信噪比的一般公式。理论分析表明,当探测器光敏面上本振光与信号光的振幅、相位、偏振都满足严格的匹配时,外差效率最大。对场分布为艾里函数的光外差信噪比进行研究和数值模拟。结果表明,当艾里斑尺寸的比例系数控制在0.8~1.2内,并使信号光斑主轴偏移量x0控制在0.5以下,探测器的尺寸在(0.6~0.8)λf/d内时,可获得大于0.7ηPs/hνB的信噪比。     

航空光电成像系统像移补偿技术研究

航空光电成像系统由于像移的存在导致成像分辨率下降,严重影响航空光电系统的整机性能。采用像移补偿技术可以提高航空光电系统成像质量。分析了移动探测器像移补偿技术原理与运动光学元件像移补偿技术原理,重点研究了基于快调反射镜(FSM)的高精度像移补偿技术。通过工程简化分析,分别推导了快调反射镜位于平行光路和会聚光路的像移补偿随动角度规律,并针对会聚光路中快调反射镜带来的离焦量进行分析,讨论了离焦量对光学系统波像差的影响。仿真结果表明,随着离焦量的增加,波像差呈线性增大趋势。通过分析光学系统波像差对其光学调制传递函数（MTF）的影响,结果表明F数等于8,在奈奎斯特频率处,当离焦量在0.1 mm以内,光学调制传递函数MTF的下降量在26.6%以内。     

太阳对成像型天基激光告警系统的影响

针对成像型天基激光告警系统中的太阳背景辐射问题,通过理论分析和数值计算研究了太阳与系统探测器不同空间位置关系时直射太阳光和地球反射太阳光对系统成像信噪比、威胁激光检测、探测器自身安全的影响.结果表明:太阳光是天基激光告警系统的主要背景辐射,地球反射太阳光是系统红外探测器成像的主要背景光|反射太阳光辐照在探测器像面上的最大能量密度为0.97 mJ/cm2,反射太阳光背景下,攻击激光成像信噪比在103以上,信标激光信噪比小于1,反射太阳光对攻击激光检测没有影响,对信标激光成像是强背景干扰|直射太阳光辐照探测器是系统不可避免的情况,太阳成像光斑功率密度最大时约20 W/cm2,将导致探测器像元饱和甚至损坏|太阳成像光斑特征与入射激光相似,会造成系统严重虚警.     

光电成像系统超分辨成像技术方法研究

提出一种提高现有光电观瞄系统成像空间分辨率的新方法.在不改变阵列探测器件像元尺寸和不移动探测器的前提下,利用双光楔的较大移动使像平面发生微小位移,实现对探测器各相邻像元和不感光间隔目标进行微位移采样,提高目标信息的采样率,通过超分辨重建技术来提高系统的分辨能力,达到提高光电观瞄系统空间分辨率的目的.实验结果表明:该方法绕开了微小位移探测器需要克服的技术难题,同时避开了直接减少像元尺寸的工艺问题,且成像分辨率高.     

基于图像处理技术的航空相机镜头焦面自准直定位研究

提出基于图像处理技术的航空相机镜头焦面定位的方法,利用光电自准直原理进行焦面定位,并选用两种图像清晰度评价函数实时提取图像清晰度特征,采用优化的爬山算法进行快速检焦。仿真实验结果表明:利用本系统对焦距为750 mm,F数为6.3,CCD像元尺寸为6.8 m6.8 m,成像光谱为500 nm~800 nm的航空相机进行焦面定位精度测定,得到相机的半焦深为0.040 mm,可用于航空CCD相机的焦面检定及航空CCD相机的自动调焦系统。     

光电系统的匹配设计

通过对光电系统中探测器对图像采样的分析,由瑞利判别给出了光学系统-探测器匹配的原则:即瑞利斑的直径等于探测器像元中心距的大小,并分析了系统的MTF;通过分析系统的信息传递关系,给出了电子图像重建系统带宽的设计原则.     

用于激光定向红外对抗的光学系统设计

依据机载光电武器小型化、轻量化的发展需求,设计了一套激光红外共光路光学系统。其中红外系统波段为3 μm～5 μm, F数为2,采用中波640×512 pixel的面阵探测器, 像元尺寸为15 μm×15 μm,激光发射与红外光路共用望远系统,光学系统利用立方棱镜实现方位360°和俯仰0°～90°范围的扫描,采用共光路设计可减小光路中反射镜和透镜等零件的尺寸,具有结构紧凑、质量小等特点。重点针对共光路中光学元件引入激光后向散射的问题,采用CODE V和LightTools联合优化的方法避免其影响,保证光学系统成像性能优良。     

可见/近红外超光谱碲镉汞焦平面研究

为了满足可见-近红外波段的高光谱分辨率和高灵敏观测需求, 采用大面阵、低噪声碲镉汞焦平面制备技术和低损伤衬底去除技术, 成功制备了高信噪比大面阵可见/近红外碲镉汞焦平面探测器。无损衬底去除技术采用机械抛光和化学腐蚀相结合的方法, 使焦平面的响应波段拓展至400 nm~2 600 nm。采用信号定量化焦平面测试评价手段对可见/近红外碲镉汞焦平面的性能进行评估, 640×512 25 μm中心距碲镉汞焦平面的波段量子效率可达到88.4%, 信噪比达到287, 有效像元率大于98%, 能够获得清晰的可见和近红外波段图像。     

机载海洋激光测深系统参量设计与最大探测深度能力分析

详细讨论了机载海洋激光测深系统最大测量深度与相关因子之间的关系，并利用最小可探测信噪比为判据，对机载海洋激光测深系统在白天和晚上工作进行了数值模拟，通过比较最大测量深度与激光脉冲峰值功率、接收视场角、接收口径和光谱接收带宽等关系，确定了系统的主要参量。以确定的参量建立的系统具有白天49m和晚上65m的最大测深能力，可完全满足在沿岸带以及岛礁的测量要求。     

中波红外连续变焦系统设计

基于制冷型320×240凝视焦平面阵列探测器,设计了一套高变倍比中波红外连续变焦光学系统,用于机载光电探测和跟踪设备。该系统由变焦物镜系统、二次成像系统和两个反射镜构成。介绍了二次成像系统光瞳衔接的方法;通过光学软件给出了系统结构及其参数,并对系统的像质和那喀索斯效应进行了分析。测试结果表明,系统实现了11~200 mm的连续变焦,变倍比为18×,F数为3,工作波段为3~5μm,满足100%冷光阑效率,在空间频率16 lp/mm处的MTF值0.6;具有热灵敏度高、像质好、分辨率高等特点,满足了设计的要求。     

高变倍比大相对口径长波红外变焦系统设计

针对传统红外连续变焦系统难以同时满足高变倍比和大相对口径的使用要求,通过采用复合变焦光学系统结构,增加传统红外连续变焦光学系统的变焦距范围和相对口径。基于长波红外320×240像元、25 μm×25 μm非制冷焦平面探测器,设计了一款高变倍比大相对口径长波红外变焦光学系统, 光学系统由一个连续变焦部分与两档变焦部分组成,通过引入衍射光学元件校正长焦端色差,工作波段为8 μm~12 μm,焦距变化范围为-9 mm~-272.25 mm,F数为1.4。该系统具有成像质量好、变倍比高、相对口径大、导程小和凸轮曲线平滑等优点。     

机载双视场中波红外光学系统优化设计

为了满足机载红外搜索与跟踪系统的实嘎使用要求,根据变焦系统的基本理论及中波红外系统的特点,设计了320pixel×256pixel的中波制冷型焦平面阵列探测器的双视场中波红外光学系统。系统采用了二次成像结构,并在系统的第一像面位置安装光阑,以此减小杂散光对系统的影响。设计结果表明：系统具有100％冷光栏效率,在仅移动一片透镜的情况下可实现在800和400mln的两档变焦,系统F数为4且恒定不变,像面保持稳定,系统场曲〈0．04mm,畸变〈2．5％,在探测器的Nyquist频率16lp／mm处光学传递函数的峰值〉0．5,表明光学系统的像质满足使用要求。     

新型机载光电平台万向架及其关键技术

介绍了国外新型机载光电平台万向架及其涉及的关键技术。结合机载光电系统装备产品发展趋势,叙述了机载光电系统万向架平台技术现状,从万向架平台配置、隔振形式以及稳定精度等方面做了介绍;从任务集成、高精度稳定以及运动补偿等方面分析了机载光电系统对万向架平台提出的更大任务传感器布局空间、更强的运动补偿功能以及更高的环架稳定性能等要求;研究了国外新型的无约束驱动-主动随动和并联式-主动随动机载光电万向架平台创新技术,结果表明,国外新型机载光电平台万向架在任务负载/万向架质量比大于1的基础上,实现了3轴优于5 μrad的稳定性能;最后提出了新型机载光电万向架平台关键支撑技术。     

Analyses of infrared focal plane array figure of merit and its impact on sensor system trades

The performance of infrared focal plane arrays (IRFPAs) is usually described by a set of figures of merit and operating parameters. They include FPA format, pixel pitch, operating temperature, cut-on and cutoff wavelengths, median detectivity, uniformity, and integration time. This article examines the promise of superlattice infrared materials and how the improved FPA figure of merit affects sensor system performance as measured by range, update rate, size, power, and cost. A simple analysis shows that for space-based surveillance, the system cost, as measured by the number of hosting satellites, may be decreased substantially by using detector arrays with large array size and longer detection range. It also shows that to make long-wavelength superlattice IRFPAs useful for future space applications, the residual nonuniformity must be improved.     

反射镜平动式光栅光调制器的光学特性分析

提出了一种反射镜平动式光栅光调制器，每个像素主要由一个可动反射镜和上面的固定光栅组成，通过控制可动反射镜和固定光栅的距离达到对入射光的调制.依据标量衍射理论对反射镜平动式光栅光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析；并仿真了光调制器的结构参量对衍射效率和对比度的影响.发现:当可动平板和光栅的距离为λ0和5λ0/4，像素表现为暗态和亮态；这种光调制器的工作原理决定了其有效面积大，具有形成面阵的潜力；固定光栅占空比为1/2时，对比度最优；同时给出了对比度随入射光带宽的关系，即带宽越大，对比度急剧下降.