CN113532646B - 一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统 - Google Patents

一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统 Download PDF

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Abstract

一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统，包括平行光压缩主光学系统、像方扫描系统、中继望远系统、光谱成像系统、面阵探测器组件、信号处理模块。光谱成像系统包括紫外、可见光、短波红外、中波红外、长波红外5个光谱通道，来自目标的光束依次经平行光压缩主光学系统、像方扫描系统、中继望远系统、光谱成像系统，再成像在面阵探测器组件上，面阵探测器组件将入射光信号转化为数字信号，信号处理模块对获得的信号进行处理从而获得目标的光谱信息。本发明利用系统自身的像方扫描系统在静止轨道实现多路高光谱推扫成像模式，扫描系统放置在平行压缩光路之中，在降低整星扫描难度同时，避免了在会聚光路中加入扫描机构带来的光学系统像差问题，有效解决了星载大口径高分辨率高光谱成像关键技术。

Description

一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统
技术领域
本发明属于航天光学遥感技术领域，具体地，涉及一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统。
背景技术
高光谱成像技术是基于多光谱成像技术发展而来，从70年代末的多光谱成像发展到80年代的高光谱成像技术，在对地观测技术上有着重大突破。它是一门包含探测、精密光学、信号检测、计算机图像处理等多学科的综合性技术，既可以对目标成像，也可以获取目标的光谱特性。目前国外已有成熟的几十套高光谱成像仪，成像光谱仪可获得高光谱分辨率和高空间分辨率，在气象预测、农林检测、土壤分析、环境检测、疾病检测、军事侦测中发挥着重要作用；
高光谱成像光谱仪最显著的特点就是光谱宽度极宽，谱段多，光谱分辨率高，通常选择干涉或者色散分光。高光谱成像仪由于谱段细分为上百个，单个谱段内能量骤减，在航天领域很难实现高灵敏度高分辨率探测。对于定量化遥感探测来说，高灵敏度和高分辨率是航天遥感必不可少的前提条件。因此，如何建立一种切实可行的高灵敏度高分辨率全谱段高光谱成像系统成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统，通过大口径平行光压缩主光学系统来收集能量，再压缩光束口径，减小后端光学系统尺寸，降低研制难度。通过像方扫描系统实现面阵成像区域扫描和特定区域指向功能，解决高光谱成像仪难以实现高分辨率、高灵敏度的问题。
本发明的技术方案包括：一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统，包括沿光路依次布置的平行光压缩主光学系统、像方扫描系统、中继望远系统、光谱成像系统、面阵探测器组件以及信号处理模块；其中，光谱成像系统为色散型分光系统，包括会聚系统、色散系统以及成像系统；平行光压缩主光学系统、像方扫描系统、中继望远系统组合称为前置主光学系统；
平行光压缩主光学系统位于整个高光谱成像系统的最前端，来自地面物体的光束经过平行光压缩主光学系统，口径被压缩；
像方扫描系统位于平行光压缩主光学系统后端，对经过平行光压缩主光学系统的光束进行扫描；
中继望远系统位于像方扫描系统后端，对扫描之后的光束进行成像，将来自地面物体的光束会聚在其后焦平面上；
光谱成像系统的前焦平面与中继望远系统的后焦平面重合，对光束进行光谱分光和成像；
面阵探测器组件位于光谱成像系统的焦面上，接收来自光谱成像系统的入射光信号并将其转化为数字信号；
信号处理模块对从面阵探测器组件获得的数字信号进行处理，获得地面物体的光谱信息和空间信息。
所述平行光压缩主光学系统，对于宽谱段长焦距小视场，采用同轴三反结构形式；对于宽谱段长焦距大视场，采用离轴三反结构形式。
所述像方扫描系统采用六自由度机构实现二维扫描功能，一维扫描用于实现线视场推扫模式，另一维扫描用于在静止轨道实现指向功能；六自由度机构由六个并联的驱动支链协同运动，实现对动平台的位姿控制。
所述中继望远系统、会聚系统、成像系统均采用折射式或反射式或折反射式结构。
所述色散系统采用棱镜或光栅。
所述光谱成像系统包括紫外光谱成像系统、可见光光谱成像系统、短波红外光谱成像系统、中波红外光谱成像系统、长波红外光谱成像系统五个光谱通道，每个光谱通道采用独立的会聚系统、色散系统以及成像系统，光束依次经过会聚系统、色散系统，再经成像系统将光束会聚在光谱成像系统的焦面上。
所述紫外光谱成像系统、可见光谱成像系统采用在传统的Offner装置基础上，放置光栅-弯月镜元件于入射光路和色散后的出射光路中，兼有色散和成像功能。
所述光栅-弯月镜元件具体实现为在传统弯月镜的几何中心区域刻蚀光栅，有效减小像散。
所述短波红外光谱成像系统采用Offner装置，出射入射光路中包括弯月形校正透镜，校正镜凸面与光栅面均共面，色散系统采用小闪耀角低槽密度全息闪耀光栅实现，大幅提升能量利用率，弯月形校正透镜和凹面反射镜组合，在光路中实现光束会聚和成像功能。
所述中长波红外光谱成像系统同样采用Offner装置，色散系统采用高保真凸面闪耀光栅实现，衍射效率高，光束会聚和成像功能由同一块凹面反射镜实现。
面阵探测器组件包括面阵探测器及相关控制电路。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明对一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统进行了创新设计，整个系统由平行光压缩主光学系统、像方扫描系统、中继望远系统、光谱成像系统、面阵探测器组件以及信号处理模块组成。通过大口径平行光压缩主光学系统增强能量收集能力，再经过口径压缩减小后端光学系统尺寸，降低研制难度。通过六自由度像方扫描系统实现面阵成像区域扫描和特定区域指向功能，解决高光谱成像仪难以实现高分辨率、高灵敏度的问题。
(2)本发明高光谱成像系统通过视场分光和谱段分光相结合，实现紫外、可见、短波、中波、长波谱段分离。紫外光谱成像系统、可见光谱成像系统采用光栅-弯月镜色散和成像方式，集光谱分光、光束会聚、成像于一体，在保证成像质量同时，光谱仪体积减小为原来的1/5。短波红外光谱成像系统采用弯月形校正透镜和小闪耀角低槽密度全息闪耀光栅的实现方式，大幅提升能量利用率，弯月形校正透镜和凹面反射镜组合，在光路中实现光束会聚和成像功能，有效降低像散，提高成像质量。中长波红外光谱成像系统的色散系统采用高保真凸面闪耀光栅实现，衍射效率与传统光栅相比提升1.5倍以上，系统效能大幅提升。
附图说明
图1为根据本发明的静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统组成原理示意图；
图2为本发明采用的静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像光学系统示意图；
图3为本发明采用的静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统像方扫描机构示意图；
图4为本发明实施例中采用的紫外、可见谱段光谱成像系统图。
图5为本发明实施例中采用的短波红外谱段光谱成像系统图。
图6为本发明实施例中采用的中波、长波红外谱段光谱成像系统图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的全谱段高光谱成像系统做进一步详细的说明。
如图1和图2所示，根据本发明的静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统包括平行光压缩主光学系统1、像方扫描系统2、中继望远系统3、光谱成像系统4、面阵探测器组件5以及信号处理模块6六部分。来自地面物体的光束经过平行光压缩主光学系统1口径压缩后，进入六自由度像方扫描系统2，中继望远系统3位于像方扫描系统后端，将光束会聚在其后焦平面上；再经光谱成像系统4对光束进行光谱分光和成像，光谱成像系统4为色散型分光系统，即采用色散元件(棱镜、光栅等)实现光谱分光，包括会聚系统4-1、色散系统4-2、以及成像系统4-3四部分。光谱成像系统4的前焦平面与中继望远系统3的后焦平面重合。面阵探测器组件5位于光谱成像系统4的焦面上，接收来自光谱成像系统的入射光信号并将其转化为数字信号；信号处理模块6对从面阵探测器组件获得的数字信号进行处理，获得地面物体的光谱信息和空间信息。
图3为本发明采用六自由度的像方扫描机构原理图。六自由度像方扫描机构由上下两个平台和6个并联的、可独立自由伸缩的杆件组成，以伸缩杆的位移作为输入变量，则可以控制动平台(上平台)的空间位移和姿态。根据反解数学模型，可以得到任意位姿对应的杆长。控制器根据反解结果精确控制支杆同步伸长或缩短，实现对动平台位姿的精确控制。
平行光压缩主光学系统1，对于宽谱段长焦距小视场，采用同轴三反结构形式；对于宽谱段长焦距大视场，采用离轴三反结构形式。
中继望远系统3根据超光谱成像系统的焦距和视场要求不同，可以采用折射式、反射式或折反射式结构，对于长焦距小视场，中继望远系统采用折射式，对于长焦距中等视场，中继望远系统采用折反射式，对于中等焦距或短焦距，中等视场或大视场，中继望远系统采用反射式的结构型式实现。
会聚系统4-1和成像系统4-3可以采用折射式、反射式或折反射式结构，色散系统4-2可以采用棱镜或光栅等色散元件。
根据本发明的一个实施例为工作谱段0.3μm-12.5μm，光学系统焦距10m，F/#为5，视场角1°×1°，光谱分辨率为5nm(紫外可见谱段)，10nm(短波红外谱段)，50nm(中波红外谱段)，100nm(长波红外谱段)，前置主光学系统光路如图4所示，包括平行光压缩主光学系统、像方扫描系统和中继望远系统。其中，平行光压缩主光学系统采用同轴三反形式，像方扫描系统采用六自由度扫描形式，中继望远系统采用3套覆盖0.3μm-12.5μm全谱段，紫外可见中继望远系统覆盖0.3μm-1.0μm谱段，短中波红外中继望远系统覆盖1.0μm-5.0μm谱段，长波红外中继望远系统覆盖5.0-12.5μm谱段。紫外可见中继望远系统、短中波红外中继望远系统采用离轴三反形式，长波红外中继望远系统采用透镜组形式。
六自由度像方扫描系统如图2所示。六自由度像方扫描机构由上下两个平台和6个并联的、可独立自由伸缩的杆件组成，以伸缩杆的位移作为输入变量，则可以控制动平台(上平台)的空间位移和姿态。
紫外可见中继望远系统包括分色片3-1、主镜3-2、次镜3-3、三镜3-4、狭缝3-5。短中波红外中继望远系统包括分色片3-6、主镜3-7、次镜3-8、三镜3-9、狭缝3-10。长波红外中继望远系统包括透镜3-11、3-12、3-13、3-14、3-15、狭缝3-16。
紫外可见中继望远系统后分成两路，分别接紫外光谱成像系统和可见光谱成像系统。短中波红外中继望远系统后分成两路，分别接短波红外光谱成像系统和中波红外光谱成像系统。长波红外中继望远系统接长波红外光谱成像系统。
紫外光谱成像系统如图4所示，包括光栅-弯月镜元件4-1、反射镜4-2、紫外探测器4-3。可见光谱成像系统与紫外光谱成像系统相同。
短波红外光谱成像系统如图5所示，包括透镜4-4、反射镜4-5、短波红外光栅4-6、透镜4-7、短波红外探测器4-8。
中波红外光谱成像系统如图6所示，包括反射镜4-9、中波光栅4-10、中波红外探测器4-11。长波红外光谱成像系统与中波红外光谱成像系统相同。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统，其特征在于，包括沿光路依次布置的平行光压缩主光学系统(1)、像方扫描系统(2)、中继望远系统(3)、光谱成像系统(4)、面阵探测器组件(5)以及信号处理模块(6)；其中，光谱成像系统(4)为色散型分光系统，包括会聚系统(4-1)、色散系统(4-2)以及成像系统(4-3)；平行光压缩主光学系统(1)、像方扫描系统(2)、中继望远系统(3)组合称为前置主光学系统；
平行光压缩主光学系统(1)位于整个高光谱成像系统的最前端，来自地面物体的光束经过平行光压缩主光学系统(1)，口径被压缩；
像方扫描系统(2)位于平行光压缩主光学系统(1)后端，对经过平行光压缩主光学系统(1)的光束进行扫描；像方扫描机构采用六自由度扫描机构实现，以伸缩杆的位移作为输入变量，实现对动平台位姿的精确控制；
中继望远系统(3)位于像方扫描系统(2)后端，对扫描之后的光束进行成像，将来自地面物体的光束会聚在其后焦平面上；
光谱成像系统(4)的前焦平面与中继望远系统(3)的后焦平面重合，对光束进行光谱分光和成像；
面阵探测器组件(5)位于光谱成像系统的焦面上，接收来自光谱成像系统(3)的入射光信号并将其转化为数字信号；
信号处理模块(6)对从面阵探测器组件(5)获得的数字信号进行处理，获得地面物体的光谱信息和空间信息；
所述像方扫描系统(2)采用六自由度机构实现二维扫描功能，一维扫描用于实现线视场推扫模式，另一维扫描用于在静止轨道实现指向功能；六自由度机构由六个并联的驱动支链协同运动，实现对动平台的位姿控制；
所述光谱成像系统(4)包括紫外光谱成像系统、可见光光谱成像系统、短波红外光谱成像系统、中波红外光谱成像系统、长波红外光谱成像系统五个光谱通道，每个光谱通道采用独立的会聚系统、色散系统以及成像系统，光束依次经过会聚系统、色散系统，再经成像系统将光束会聚在光谱成像系统(4)的焦面上；
所述紫外光谱成像系统、可见光光谱成像系统采用在传统的Offner装置基础上，放置光栅-弯月镜元件于入射光路和色散后的出射光路中，兼有色散和成像功能；
所述光栅-弯月镜元件具体实现为在传统弯月镜的几何中心区域刻蚀光栅，有效减小像散；
所述短波红外光谱成像系统采用Offner装置，出射入射光路中包括弯月形校正透镜，校正镜凸面与光栅面均共面，色散系统采用小闪耀角低槽密度全息闪耀光栅实现，大幅提升能量利用率，弯月形校正透镜和凹面反射镜组合，在光路中实现光束会聚和成像功能；
所述中、长波红外光谱成像系统同样采用Offner装置，色散系统采用高保真凸面闪耀光栅实现，衍射效率高，光束会聚和成像功能由同一块凹面反射镜实现。
2.根据权利要求1所述的静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统，其特征在于，所述平行光压缩主光学系统(1)，对于宽谱段长焦距小视场，采用同轴三反结构形式；对于宽谱段长焦距大视场，采用离轴三反结构形式。
3.根据权利要求1所述的静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统，其特征在于，所述中继望远系统(3)、会聚系统(4-1)、成像系统(4-3)均采用折射式或反射式或折反射式结构。
4.根据权利要求1所述的静止轨道高灵敏度低畸变全谱段高光谱成像系统，其特征在于，所述色散系统(4-2)采用棱镜或光栅。
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CN114755838B (zh) * 2022-04-01 2024-04-05 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） 光学对准系统
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101158746A (zh) * 2007-11-27 2008-04-09 北京空间机电研究所 空间大口径压缩光束中继扫描成像光学系统
CN210005114U (zh) * 2019-05-15 2020-01-31 中国科学院西安光学精密机械研究所 全波段大相对孔径Dyson光谱成像系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101158746A (zh) * 2007-11-27 2008-04-09 北京空间机电研究所 空间大口径压缩光束中继扫描成像光学系统
CN210005114U (zh) * 2019-05-15 2020-01-31 中国科学院西安光学精密机械研究所 全波段大相对孔径Dyson光谱成像系统

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