紧凑型分孔径快照式光谱成像系统研究

发布时间：2020-05-17 07:42

【摘要】：目前对于能够搭载于小型化无人机平台上,可对运动目标实时获取光谱图像,进行目标的识别和跟踪的系统有着迫切的应用需求。本论文针对这种需求,依托某项目,研究了一种紧凑型的分孔径快照式光谱成像系统,该系统可对运动目标实时获取光谱图像信息,具有体积小、重量轻、帧频高等优点,可对远距离运动目标进行快速识别和跟踪,并且可搭载于多种平台上,有着广阔的应用前景。本文通过深入分析比较分孔径光谱成像系统的结构形式,针对具体的任务需求,提出了一种基于会聚光分孔径结构形式的快照式光谱成像系统,本系统是一种全新的系统,需要对此进行深入研究:1.从傅里叶光学的角度研究了这种系统的传递函数特性,根据成像链知识,进行全系统的建模,揭示了这种系统的成像特点。2.根据像差理论,研究了会聚光分孔径光学系统的像差特性,对光谱成像系统有着重要影响的色差进行了详细分析,确定了整体系统初始结构参数。3.基于整体系统的初始结构参数,设计了紧凑型分孔径光谱成像系统原理样机,对该原理样机进行实验室定标。为了验证系统性能,一方面将其搭载于六自由度物理平台上开展仿真飞行实验,证明了该系统具有良好的稳定性;一方面将其搭载于运动舰船上开展了远距离运动目标的实时识别和跟踪实验,取得了良好的实验结果,充分证明了该系统可搭载于小型无人机等平台上,对远距离运动目标进行实时识别和跟踪。论文主要创新点如下:1.提出了一种基于会聚光分孔径结构形式的快照型光谱成像系统目前已有的结构形式的快照光谱成像系统,均无法满足应用要求,本文提出了一种基于会聚光分孔径结构形式的光谱成像系统,这种结构形式的光谱成像系统结构紧凑、体积小、帧频高,完全满足远距离小目标的高速光谱图像信息获取的要求,可搭载于小型无人机或对体积有着严格限制的立方星等平台上,极大的拓展了光谱成像技术的应用领域。2.提出了一种倾斜9孔径的消杂光光阑结构形式。在会聚光分孔径结构形式中,由于结构紧凑,无法安装视场光阑,各个通道视场外图像会在像面处发生很严重的混叠现象,从而使探测器上得到的图像无法使用。本文通过分析系统的杂光特性及结构特性,提出了一种倾斜9孔径消杂光光阑的结构形式,这种消杂光光阑位于后置透镜和像面中间,通过9个孔径将9个通道的视场外光线进行了有效隔离,同时每个孔径本身又有一定的倾斜角度,在遮拦视场外光线的情况下有效保证了视场内的光线通过,减少视场内光线的渐晕。通过软件仿真和实验验证了此消杂光光阑的有效性。3.提出了一种紧凑型分孔径光谱成像系统的实验室定标方案针对全新结构形式的光谱成像系统,已有的定标方案无法满足系统的定标要求,本文在深入分析系统特性的基础上,提出了适用于本光谱成像系统的实验室定标方案,包括光谱定标、相对辐射定标和绝对辐射定标。通过对探测器上图像进行分块处理,得到了不同通道不同谱段的定标系数,光谱数据复原时,不同谱段采用不同的定标系数分别进行修正,最后得到了较好的光谱数据复原结果。
【图文】：

紧凑型分孔径快照式光谱成像系统研究人机搭载的可对运动目标进行识别和跟踪的光谱成像系统国外已有相关研究。美国雷声公司研制了搭载于美国 捕食者 无人机上的 AN/ASS-52 多光谱瞄准系统(MTS)[21]，该系统可以实现长距离监视，空中目标检测、跟踪等任务,通过高精度目标定位，可以增强无人机在白天、晚上和恶劣天气下采集目标周围高分辨率光谱视频和图像的能力，以提供更准确的目标定位和跟踪。

Figure 1.1 Multi-spectral targeting system mounted on the “Pradator” drone同时，美国也进一步发展利用 死神 无人机搭载多光谱传感器探测处于升段弹道导弹的能力，其具有受天气和云层影响小、部署使用灵活方便、成本对低廉等优点[22]。国内目前针对运动目标的快速识别、跟踪并且可搭载于小型无人机平台上光谱成像系统尚没有相关研究。因此研究适用于无人机搭载可进行运动目标识别和跟踪的紧凑型快照光谱成像系统有着至关重要的意义。1.2 光谱成像技术概述光谱成像技术按照获取完整数据立方体的方式进行分类，可分为 挥扫式推扫式 、 画幅式 、 快照式 四种光谱成像技术[23][24][25]。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O433

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨俊才;;光谱技术国防应用[J];物理与工程;2015年06期

2 麻永平;张炜;刘东旭;;高光谱侦察技术特点及其对地面军事目标威胁分析[J];上海航天;2012年01期

3 付强;黄e，

本文编号：2668174