中波红外傅里叶变换成像光谱仪理论分析与光学系统设计研究

发布时间：2017-09-08 21:17

  本文关键词：中波红外傅里叶变换成像光谱仪理论分析与光学系统设计研究

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【摘要】：成像光谱仪是在成像光谱技术基础上发展起来的新一代光学遥感仪器,是成像仪和光谱仪的有机结合。它可以获得关于目标物体的三维数据立方体,已广泛应用于空间遥感、目标探测、地质资源勘探、环境监测、气象分析等领域。作为成像光谱仪的典型代表,傅里叶变换成像光谱仪通过获取目标物体的干涉信息,再对干涉图做傅里叶变换获得目标的光谱信息。按照对干涉图的调制方式的不同,傅里叶变换成像光谱仪主要分为时间调制型、空间调制型和时空联合调制型。基于当前傅里叶变换成像光谱仪的发展现状及应用需求,本论文提出了一种基于迈克尔逊干涉仪结构的时空联合调制中波红外傅里叶变换成像光谱仪,并对其进行了理论分析及光学系统设计研究。该系统利用多级阶梯微反射镜取代时间调制型傅里叶变换成像光谱仪的动镜,实现了系统的静态化设计和光程差的空间采样。与传统的空间调制型傅里叶变换成像光谱仪相比,系统不含狭缝,因此具有光通量大的优点。本论文的主要工作包括以下四个部分：一、提出了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪结构,对其干涉过程和光程差分布进行了分析。完成了系统的建模和仿真工作。根据系统的技术指标计算了成像光谱仪光学系统的技术参数。二、完成了成像光谱仪光学系统的分析工作,建立了成像光谱仪光学系统的主光线模型,并且利用此模型对前置成像系统和后置成像系统的光学参数分别进行了分析与计算。三、对倾斜的分束器和补偿板给系统所带来的离轴像差进行了分析。在此分析的基础上,完成了三套不同孔径成像光谱仪光学系统分析与设计工作,其空间分辨率分别为：2.5m@2000m、0.83m@2000m、0.3125m@2000m。所提出的柱面和Zernike面相结合的结构方案,有效消除了在大相对孔径下由倾斜分束器和补偿板所带来的离轴像差。完成了三套光学系统的公差分析以及无热化设计。四、完成了成像光谱仪系统集成与调试工作,并进行了目标物体的测试。
【关键词】：傅里叶变换 成像光谱仪 中波红外 理论分析 多级阶梯微反射镜 光学设计 集成与装调
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-31
• 1.1 论文研究背景和意义13-16
• 1.2 相关领域的发展现状16-29
• 1.2.1 色散型成像光谱仪16-19
• 1.2.2 滤光片型成像光谱仪19-21
• 1.2.3 傅里叶变换成像光谱仪21-29
• 1.3 论文主要研究内容和结构安排29-31
• 1.3.1 论文工作的主要内容29-30
• 1.3.2 论文的结构安排30-31
• 第2章 傅里叶变换成像光谱仪基本理论31-47
• 2.1 傅里叶变换成像光谱仪的理论基础31-39
• 2.1.1 单色光干涉31-33
• 2.1.2 复色光干涉33-35
• 2.1.3 Michelson干涉仪35-37
• 2.1.4 傅里叶变换基础37-39
• 2.2 傅里叶变换成像光谱仪光谱分辨率39-41
• 2.3 傅里叶变换成像光谱仪的空间分辨率41-42
• 2.4 傅里叶变换成像光谱仪干涉图采集方式42
• 2.4.1 单边采集数据方法42
• 2.4.2 双边采集数据方法42
• 2.5 噪声和信噪比42-45
• 2.6 中波红外傅里叶变换成像光谱仪的应用45-46
• 2.7 小结46-47
• 第3章 时空联合调制型FTIS总体分析与设计47-69
• 3.1 系统基本原理47-51
• 3.2 干涉过程分析51-55
• 3.2.1 干涉过程51-53
• 3.2.2 干涉模型建立53-55
• 3.3 光程差分布分析55-58
• 3.4 探测器选择58-60
• 3.5 技术参数60-62
• 3.5.1 光谱范围60-61
• 3.5.2 多级阶梯微反射镜参数61
• 3.5.3 光谱分辨率61-62
• 3.5.4 空间分辨率62
• 3.6 整体光学系统像差分析62-66
• 3.7 小结66-69
• 第4章 中小相对孔径FTIS光学系统分析与设计69-99
• 4.1 整体光学系统分析69-75
• 4.1.1 前置成像系统分析70-71
• 4.1.2 后置成像系统分析71-73
• 4.1.3 整体光学系统主光线模型73-75
• 4.2 小相对孔径FTIS设计需求及技术指标75-88
• 4.2.1 小相对孔径FTIS光学系统设计结果76-81
• 4.2.2 小相对孔径FTIS前置成像系统像方远心性分析81-83
• 4.2.3 小相对孔径FTIS光学系统消热差分析83-84
• 4.2.4 小相对孔径FTIS光学系统公差分析84-88
• 4.3 中相对孔径FTIS设计需要及技术指标88-97
• 4.3.1 柱面镜消像散分析88-89
• 4.3.2 中相对孔径FTIS光学系统设计结果分析89-93
• 4.3.3 中相对孔径FTIS前置成像系统像方远心性分析93-94
• 4.3.4 中相对孔径FTIS光学系统消热差分析94
• 4.3.5 中相对孔径FTIS光学系统公差分析94-97
• 4.4 小结97-99
• 第5章 大相对孔径FTIS光学系统分析与设计99-111
• 5.1 大孔径FTIS设计需求及技术指标99-100
• 5.2 Zernike自由曲面消像差分析100
• 5.3 大相对孔径FTIS光学系统设计结果100-110
• 5.3.1 大相对孔径FTIS前置成像系统像方远心性分析105-106
• 5.3.2 大相对孔径FTIS光学系统消热差分析106
• 5.3.3 大相对孔径FTIS光学系统公差分析106-110
• 5.4 小结110-111
• 第6章 时空联合调制型FTIS集成与试验研究111-119
• 6.1 FTIS系统集成与装调研究111-113
• 6.2 小相对孔径FTIS试验研究113-117
• 6.3 小结117-119
• 第7章 总结与展望119-123
• 7.1 总结119-120
• 7.2 创新120-121
• 7.3 展望121-123
• 参考文献123-131
• 在学期间学术成果情况131-133
• 指导教师及作者简介133-135
• 致谢135-136

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈成;静态傅里叶变换红外光谱仪系统设计及关键器件研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2016年

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本文编号：816369