超宽视场成像光谱仪前置光学系统设计

发布时间：2017-09-17 10:12

  本文关键词：超宽视场成像光谱仪前置光学系统设计

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【摘要】：近年来,大视场宽覆盖已成为光学遥感仪器重要发展趋势。为满足用于全球对流层大气监测的推扫式成像光谱仪超宽视场、宽波段和高分辨率的探测需求,本文主要研究和设计可实现超宽视场的离轴两反射镜和三反射镜前置光学系统。首先,阐述仪器遥感探测原理,依据仪器的光谱分辨率及信噪比要求,利用大气辐射传输模型MODTRAN数值分析光学系统F数和信噪比之间的相互关系,确定前置光学系统的F数、视场和焦距等指标参数。接着,根据上述指标和轻量化要求,研究与设计结构简单的由两块凹面反射镜组成的离轴两反前置系统。基于高斯光学和杨氏公式,分析其像散特性,给出确定系统初始结构参数的方法;通过分析自由曲面对光瞳像差的影响,给出合理选择自由曲面多项式校正物方畸变方法;优化设计得到交轨视场108°、F数10、有效焦距34mm、工作波段0.27~2.4μm的离轴两反射镜前置望远物镜,主、次镜均为自由曲面,具有结构简单紧凑、像方远心、成像性能接近衍射极限和物方畸变小等优点。然后,研究与设计了可实现超宽视场、中等相对孔径的离轴三反射镜系统,其由一片凹面反射镜和凸面-凹面同轴两反射镜组成。基于凸面-凹面两反射镜远心望远系统的像散分析结果,给出逐步确定系统初始结构参量的方法;优化设计得到交轨视场108°、F数4、有效焦距17mm、工作波段0.27~2.4μm的离轴三反射镜前置望远物镜,主镜为球面,次镜、三镜均为二次非球面,同样具有像方远心、成像性能接近衍射极限和物方畸变小等优点。最后,对设计得到的离轴两反射镜和三反射镜前置望远系统进行公差优化分配,得到符合实际应用要求的公差分配结果。研究设计的两种前置光学系统在超宽视场、宽波段范围内均具有良好的成像结果,可将其应用于星载全球覆盖高时间分辨率高光谱成像仪中,以监测地球对流层大气成分时空变化,探测全球碳源碳汇。
【关键词】：光学设计 成像光谱仪 超宽视场 前置系统 离轴两反 离轴三反
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.3 论文内容16-18
• 第二章 探测原理与指标分析18-27
• 2.1 探测原理18-19
• 2.2 指标分析19-26
• 2.2.1 探测波段20-22
• 2.2.2 相对孔径22-25
• 2.2.3 前置物镜视场、焦距25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 基于自由曲面的离轴两反射镜系统设计27-40
• 3.1 结构和原理27-28
• 3.2 理论分析28-34
• 3.3 光学设计34-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 基于非球面的离轴三反射镜系统设计40-51
• 4.1 结构和原理40-41
• 4.2 设计思想41-42
• 4.3 光学设计42-50
• 4.3.1 确定初始结构参数42-46
• 4.3.2 优化设计结果46-48
• 4.3.3 成像质量评价48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 公差分析51-62
• 5.1 设计方案一公差分析51-58
• 5.1.1 公差分析参数和性能评价指标51
• 5.1.2 自由曲面表面不规则度公差51-56
• 5.1.3 公差优化分配56-58
• 5.2 设计方案二公差分析58-61
• 5.2.1 公差分析参数和性能评价指标58
• 5.2.2 公差分配结果58-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62-63
• 6.2 展望63-64
• 参考文献64-66
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果66-67
• 致谢67-68

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