機載高光譜成像系統(tǒng)摘要
時間：2016-06-28 點擊次數(shù)：2168
為適應機載高光譜成像系統(tǒng)的發(fā) 展需要,設計了一種機載大視場高光譜成像系統(tǒng)。前置望遠系統(tǒng)為大視場寬譜段透射式系統(tǒng),高光譜成像儀為基于Offner次鏡的改正型Féry棱鏡中繼系 統(tǒng)。系統(tǒng)設計過程中兩次使用Zemax多重組態(tài)設計;嘗試將Offner次鏡的改正型Féry棱鏡設計為高光譜成像儀;將Féry棱鏡高光譜成像儀集成為 高光譜成像系統(tǒng)進行一體化系統(tǒng)分析。該設計在結(jié)構(gòu)和設計方法上均有改進。設計的大視場可見近紅外高光譜成像系統(tǒng)視場可達28°,機載載荷高度為5km時, 全系統(tǒng)的刈幅寬度為2.493km,地面分辨率可達0.6m。左半視場和右半視場全譜段調(diào)制傳遞函數(shù)均大于0.6,zui大譜線彎曲和譜帶彎曲不到 0.2pixel,成像質(zhì)量接近衍射極限。
高光譜成像遙感是在多光譜成像 遙感技術(shù)基礎上發(fā)展起來的探測技術(shù)。它具有光譜分辨率高、光譜波段數(shù)多、信息量豐富等特點,顯著提高了探測地球表面特征和物體性質(zhì)的能力,在礦產(chǎn)資源調(diào)查 和軍事偽裝揭露等方面有著廣泛的應用。高光譜成像儀的應用以定量化的數(shù)據(jù)為基礎,不僅需要獲取清晰的圖像,還需要遙感數(shù)據(jù)具有足夠的光譜穩(wěn)定性。所以研究 高光譜成像儀成像質(zhì)量對高光譜成像儀的研制及其應用等具有重要的工程實際意義。本文針對礦物勘察應用的機載高光譜成像儀,研制了工程樣機,分析了機載成像 環(huán)境(主要為溫度和姿態(tài))變化對儀器成像質(zhì)量的影響,研究了儀器的成像特性及光譜穩(wěn)定性。基于這些理論分析,利用工程樣機開展了高光譜成像儀的飛行成像試 驗,對所獲得的遙感圖像進行了成像質(zhì)量分析與評價,驗證了儀器成像特性和光譜穩(wěn)定性。首先,完成了機載高光譜成像儀工程樣機的研制。根據(jù)技術(shù)指標要求,提 出了模塊化設計方案,確定并采用了L形板基座整合設計方案,開展了光機結(jié)構(gòu)設計。利用MSC.PatranMSC.Nastran軟件對光機結(jié)構(gòu)進行了有 限元工程分析,結(jié)果表明儀器具有較好的剛度特性及面形精度,整機基頻達到297.8 Hz、主反射鏡RMS值僅有4.6 nm。zui終,完成了機載高光譜成像儀樣機的加工、裝調(diào)及相關(guān)技術(shù)指標的檢測和定標工作。接著,在上述工作的基礎上,針對機載成像環(huán)境中典型因素(環(huán)境溫 度、載機姿態(tài)變化)對高光譜成像儀成像質(zhì)量的影響,進行了深入的理論分析,開展了儀器成像特性及光譜穩(wěn)定性研究。首先,研究了溫度對高光譜成像儀成像質(zhì)量 的影響。根據(jù)機載高光譜成像儀熱設計及相關(guān)試驗數(shù)據(jù),分析了機載環(huán)境下實際溫度載荷的特點;以zui小二乘擬合法和齊次坐標變換法為理論依據(jù),編制了剛體位移 及面形誤差求解程序;對變形過后的光學系統(tǒng)進行了光線追跡,研究了其譜線漂移特性及溫度對系統(tǒng)傳遞函數(shù)的影響。結(jié)果表明,±10℃溫度變化范圍內(nèi),譜線穩(wěn) 定性較好,不需要再進行光譜定標和光譜修正。接著,分析了姿態(tài)對高光譜成像儀成像質(zhì)量的影響。利用齊次坐標變換法建立了像移速度矢量計算模型;提出了 像質(zhì)對姿態(tài)精度的要求,確定了穩(wěn)定平臺的補償精度要求;分析了平臺姿態(tài)補償誤差對像移速度的影響;研究了給定成像質(zhì)量要求的飛行參數(shù)指標的分配問題,進行 了像移速度誤差分析。結(jié)果表明,穩(wěn)定平臺能有效補償姿態(tài),滿足成像質(zhì)量的要求。zui后,開展了高光譜成像儀室內(nèi)成像試驗和小面積區(qū)域航空飛行成像試驗。對所 獲得航拍圖像數(shù)據(jù),用刃邊法測量其傳遞函數(shù),進行了成像質(zhì)量評價;從圖像數(shù)據(jù)中提取地物光譜曲線,以氧氣吸收峰位置偏移量驗證了其光譜穩(wěn)定性。結(jié)果表明, 機載高光譜成像儀有較好的成像質(zhì)量和光譜穩(wěn)定性。本課題后續(xù)可進一步完善機載高光譜成像儀,提高儀器對地物目標識別和分類的準確度,使其能夠承擔一定業(yè)務 量的地質(zhì)遙感飛行任務。
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