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星载大视场多光谱成像光学系统设计

李文轩 胡源 张凯 秦铭泽 袁夕尧

李文轩, 胡源, 张凯, 秦铭泽, 袁夕尧. 星载大视场多光谱成像光学系统设计[J]. 红外技术, 2021, 43(11): 1049-1054.
引用本文: 李文轩, 胡源, 张凯, 秦铭泽, 袁夕尧. 星载大视场多光谱成像光学系统设计[J]. 红外技术, 2021, 43(11): 1049-1054.
LI Wenxuan, HU Yuan, ZHANG Kai, QIN Mingze, YUAN Xiyao. Design of Spaceborne Large Field of View Multispectral Imaging Optical System[J]. Infrared Technology , 2021, 43(11): 1049-1054.
Citation: LI Wenxuan, HU Yuan, ZHANG Kai, QIN Mingze, YUAN Xiyao. Design of Spaceborne Large Field of View Multispectral Imaging Optical System[J]. Infrared Technology , 2021, 43(11): 1049-1054.

星载大视场多光谱成像光学系统设计

基金项目: 装备预研兵器工业联合基金项目
详细信息
    作者简介:

    李文轩(1995-),男,硕士研究生,主要研究方向光学设计。E-mail: lwxoptical@163.com

    通讯作者:

    胡源(1981-),女,副教授,博士,主要研究方向光学设计。E-mail: hycust@163.com

  • 中图分类号: TN216

Design of Spaceborne Large Field of View Multispectral Imaging Optical System

  • 摘要: 大视场、多通道、小型化已成为星载测绘光学系统的迫切需求。根据上述需求,提出了先用视场分光再用窄带分色片分光的设计方案、并构建了自动消遮挡和轻小型化优化函数。设计了一款主、次、三镜均为球面的离轴三反四通道光学系统,其焦距360 mm、相对孔径为1/6、视场角13°×5°、工作波段0.4~1.1 m、地面像元分辨率5 m、全视场畸变小于5%。加工、装调后的整机系统实测MTF(Modulation Transfer Function)曲线在奈奎斯特频率100 lp/mm处均大于0.25,同时系统所占空间面积仅为245 mm×423 mm、整机重量仅13.82 kg,从而实现了系统大视场、无遮挡、多通道、体积包络的小型化。
  • 图  1  视场分离结构原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of view field splitter

    图  2  同轴初始结构

    Figure  2.  Initial structure of on-axis model

    图  3  消遮拦示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of elimination obscuration

    图  4  光学系统整体结构图

    Figure  4.  Layout of the optical system

    图  5  系统各视场点列图

    Figure  5.  Spot diagram of optical system

    图  6  系统MTF曲线

    Figure  6.  MTF of the optical system

    图  7  系统场曲畸变曲线

    Figure  7.  Field curvature and distortion of the system

    图  8  系统整机

    Figure  8.  The whole system

    图  9  系统测试原理图

    Figure  9.  System test schematic diagram

    图  10  系统干涉图

    Figure  10.  Interference figure

    图  11  系统MTF测试曲线

    Figure  11.  System MTF test curves

    图  12  系统整机重量测量

    Figure  12.  Weight measurement system

    表  1  光学系统指标

    Table  1.   Parameters of optical system

    Parameter
    Focal length 360 mm
    Field of view 13°×5°
    F/# 6
    Wave length 0.45-1.1 μm
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    表  2  各光谱通道指标参数

    Table  2.   Parameters of each spectral channel

    Channel 1 Channel 2 Channel 3 Channel 4
    Wavelength/nm 450±5 650±3 820±3 1020±5
    ωY 6°-7.25° 7.25°-8.5° 8.5°-9.75° 9.75°-11°
    ωX ±6.5° ±6.5° ±6.5° ±6.5°
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    表  3  初始结构参数

    Table  3.   Parameters of initial structure

    Radius/mm Distance/mm Conic
    Primary mirror -2300 -765 1
    Secondary mirror -884 887 12.4
    Third mirror -309 -144 -0.449
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-15
  • 修回日期:  2020-12-05
  • 刊出日期:  2021-11-20

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