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大口径长焦距扫描成像光学系统像质研究

作　者: 芮涛
导　师: 任智斌
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 扫描成像大口径光学系统振动运动光学传递函数曝光时间
分类号: TP751
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在遥感对地探测中，为了达到高分辨率、大观测范围的探测目的，可采用外摆镜扫描形式的大口径、长焦距光学系统。本文分析了摆镜的摆动导致的像移现象对于成像MTF的影响；研究了卫星振动对于光学系统成像的作用；在此基础之上，分析了卫星振动情况下的摆镜摆动成像系统的成像规律。本文主要内容包括以下几个方面：首先，完成大口径成像光学系统的光学设计和光学系统CCD器件的选择，根据探测要求，利用大气传输辐射软件Modtran计算了光学系统像面的辐亮度，并由此计算得到了不同时间下的CCD曝光时间的数值。其次，详细阐述了运动图像传递函数理论及其数值计算方法；分析了摆镜摆动影响系统成像像质的原理，计算了摆镜的摆动对于成像MTF的影响，分析了摆镜摆动速度与系统MTF的关系，并且给出了在不同曝光时间下合适的摆镜摆动速度为0.005°/s，此摆度能够满足不同曝光时间下的光学系统具有较高的像质。最后，本文对振动进行了重新分类，在此基础之上计算分析了振动对光学系统成像MTF的影响；研究了摆镜摆动与卫星振动的相互影响规律，计算分析了摆镜摆动成像系统在卫星振动作用下的系统传函变化规律。结果表明：在振动的低频区域，振动频率的增大和振动振幅的增大会造成系统传函的快速下降，严重影响系统成像质量；随着振动频率的增大，在高频振动区域，由于振动振幅的减小，高频振动对于系统传函的影响减小，由此可知低频振动是造成摆镜摆动成像系统传函下降的主要因素。本文对大口径、长焦距扫描成像系统的成像规律进行了详细的研究。本文的结论可为该系统的深入研究及工程化研究提供理论依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 研究目的和意义  9-10
  1.2 研究现状  10-17
    1.2.1 国外高分辨率光学遥感探测现状  10-15
    1.2.2 国内高分辨率光学遥感探测技术研究现状  15
    1.2.3 扫描成像技术现状  15-17
    1.2.4 卫星振动成像研究现状  17
  1.3 本文的主要研究内容  17-20
    1.3.1 高分辨率长焦距大观测范围成像系统的设计  18
    1.3.2 摆镜扫描系统成像研究  18
    1.3.3 卫星振动对成像质量的影响  18
    1.3.4 摆镜摆动与平台振动的关系及其整体对成像的影响  18-20
第2章摆镜成像光学系统设计及 CCD 选择  20-27
  2.1 遥感光学系统的设计及 CCD 曝光时间计算  20-26
    2.1.1 摆镜成像光学系统和 CCD 的选择  20-22
    2.1.2 CCD 曝光时间的计算  22-26
  2.2 本章小结  26-27
第3章摆镜扫描成像过程的像质分析  27-44
  3.1 扫描与成像  27-28
    3.1.1 在外摆镜中摆镜引起像旋的研究  27
    3.1.2 摆镜摆动对卫星姿态的影响  27
    3.1.3 动态成像的补偿研究  27-28
  3.2 运动光学传递函数分析方法  28-32
    3.2.1 光学传递函数的意义和表达方式  28
    3.2.2 运动光学传递函数分析方法的原理  28-32
  3.3 摆镜摆动光学传递函数分析方法  32-42
    3.3.1 摆镜摆动成像过程分析  32-37
    3.3.2 摆速带有波动时的摆镜摆动的传函分析  37-42
  3.4 摆镜控制方案分析  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章卫星振动对扫描成像光学系统像质的影响  44-66
  4.1 振动与成像  44
  4.2 卫星振动对像质的影响  44-54
    4.2.1 卫星振动的分类  44-45
    4.2.2 卫星振动对于系统成像的影响分析  45-54
  4.3 摆镜摆动成像时卫星振动对系统 MTF 的影响  54-64
    4.3.1 线性振动对摆镜成像系统的像质影响分析  54-55
    4.3.2 正弦振动对于摆镜成像传函的影响  55-57
    4.3.3 随机振动对摆镜摆动成像的影响  57-64
  4.4 本章小结  64-66
结论  66-68
参考文献  68-72
致谢  72

大口径长焦距扫描成像光学系统像质研究

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