超宽视场成像光谱仪前置光学系统设计

第一章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2国内外研究现状 (2)

1.3论文内容 (8)

第二章探测原理与指标分析 (10)

2.1探测原理 (10)

2.2指标分析 (11)

2.2.1探测波段 (12)

2.2.2相对孔径 (14)

2.2.3前置物镜视场、焦距 (17)

2.3本章小结 (18)

第三章基于自由曲面的离轴两反射镜系统设计 (19)

3.1结构和原理 (19)

3.2理论分析 (20)

3.3光学设计 (26)

3.4本章小结 (30)

第四章基于非球面的离轴三反射镜系统设计 (32)

4.1结构和原理 (32)

4.2设计思想 (33)

4.3光学设计 (34)

4.3.1确定初始结构参数 (34)

4.3.2优化设计结果 (38)

4.3.3成像质量评价 (40)

4.4本章小结 (42)

第五章公差分析 (43)

5.1设计方案一公差分析 (43)

5.1.1公差分析参数和性能评价指标 (43)

5.1.2自由曲面表面不规则度公差 (43)

5.1.3公差优化分配 (48)

5.2设计方案二公差分析 (50)

5.2.1公差分析参数和性能评价指标 (50)

5.2.2公差分配结果 (50)

5.3本章小结 (53)

第六章总结与展望 (54)

6.1总结 (54)

6.2展望 (55)

参考文献 (56)

攻读硕士学位期间取得的学术成果 (58)

致谢 (59)

超宽视场成像光谱仪前置光学系统设计第一章绪论

第一章绪论

1.1引言

近年来，随着光谱成像技术的快速发展，未来成像光谱仪发展方向包括以下几个方面：

（1）大视场和宽覆盖；

（2）宽光谱覆盖范围；

（3）高空间和光谱分辨率；

（4）新型光谱成像技术；

（5）定量化与多传感器融合。

视场决定了遥感仪器时间分辨率，宽光谱覆盖范围有利于拓展光谱信息的广度和探测对象的多样性，高空间和光谱分辨率是遥感仪器实现高精度探测的有力保障。因此，具有超宽视场、宽光谱范围以及高分辨率的遥感光学仪器，在环境监测、资源调查、气象观测和海洋遥感等领域有着广阔的应用前景。

对于推扫式成像光谱仪，实现超宽视场的方法主要有以下两种：

1) 视场拼接法，即在交轨方向拼接成大视场，如欧空局研制的PROBE-V推扫式多光谱成像仪，由三个相同的前置物镜按照扇形安装拼接成大视场[1]。但这种方法会带来仪器体积和质量的增加，还需对视场图像拼接处理。

2) 前置超宽视场望远物镜，无需视场拼接即可达到很大的总视场，如美国国家航空航天局(NASA)研制的宽视场成像光谱仪(WFIS)[2]和臭氧监测仪(OMI)[3,4]，以及国内安光所设计的星载大气痕量气体差分吸收光谱仪[5]，交轨视场均在100°以上。

为避免由传统视场拼接方法带来仪器体积和质量的增加，前置光学系统采用第二种方法来实现超宽视场。但是，在实现大视场的同时，如何进一步提高系统分辨率，如何进一步减小系统体积等问题，是超宽视场遥感光学仪器亟待解决的重要问题。因此，设计新的高性能超宽视场成像光谱仪前置望远物镜具有重要意义。