本文選題：光學系統(tǒng)　切入點：空間目標觀測　出處：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2017年博士論文

【摘要】：從空間資源的占領和資源使用的角度來看,空間目標的觀測無論在空間利用或者空間控制方面,都具有廣泛的應用前景和應用需求。目前天基空間目標探測從最初的導彈預警發(fā)展到現(xiàn)在的靜地軌道目標觀測和空間碎片觀測,其目的逐漸從進空轉(zhuǎn)為太空觀測,而從各國發(fā)展狀況和未來空間領域使用狀況可知,基于微小衛(wèi)星的靈活拍攝、整體觀測能力強的大視場空間目標天基觀測逐漸成為必然趨勢。國內(nèi)在滿足大視場、高分辨需求的小型天基空間目標探測相機研制方面處于起步階段。隨著國內(nèi)衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展和未來衛(wèi)星數(shù)目不斷增長的發(fā)展需求,大視場觀測相機的研究也迫在眉睫。本論文致力于大視場、高分辨需求的小型天基空間目標探測相機的相關(guān)理論研究,在相機的光學系統(tǒng)設計方法和針對此光學系統(tǒng)的檢測方法均進行了相關(guān)的創(chuàng)新性研究和實際研究,為進一步研制天基空間目標探測相機打下基礎。首先本文對國內(nèi)外空間目標觀測相機的發(fā)展狀況進行了調(diào)研,詳細介紹了美國、加拿大、以及其他國家的空間目標觀測衛(wèi)星及其相機,并整體論述了各國空間目標觀測衛(wèi)星的未來發(fā)展趨勢以及目前國內(nèi)的發(fā)展狀況。在軌運行的空間目標探測相機的探測目標為空間目標,空間目標的成像特點和其所處環(huán)境對探測相機的技術(shù)參數(shù)有較大影響。根據(jù)探測目標和探測器特性對空間目標探測相機視場、焦距、工作光譜等參數(shù)的設定進行約束,提出了一系列的計算方法。同時,空間目標的探測環(huán)境要求相機具有消除雜散光的能力,因此針對雜散光的來源和不同目標探測星等、探測器的信噪比、光學系統(tǒng)有效通光口徑、曝光不同目標探測星等對系統(tǒng)消雜光能力進行調(diào)研,最終提出空間目標觀測的主要形式為帶有中間像面的實入瞳的離軸三反光學系統(tǒng)。依據(jù)已知的技術(shù)指標要求,首先利用傳統(tǒng)的賽德爾像差理論設計光學系統(tǒng),設計了實入瞳、帶中間像面的大視場離軸反射系統(tǒng)。后引入了一款基于微分方程的設計方法,該方法與幾何光線追跡相結(jié)合,在費馬原理與正弦條件的基礎上建立微分方程,可以用來設計自由曲面、離軸系統(tǒng),并利用該方法設計了大視場離軸反射系統(tǒng)的天基目標空間相機,在16o×4o的大視場下該系統(tǒng)取得了優(yōu)良的成像質(zhì)量,驗證了設計方法的可行性。在研究大視場離軸反射系統(tǒng)的設計方法之后,提出了一款針對實入瞳、出瞳的離軸反射式系統(tǒng)的檢測方法。該方法是基于正弦條件的光柵檢測方法,能夠根據(jù)正弦條件的違背量一次檢測軸上和軸外的視場線性相關(guān)像差,可以用來指導裝調(diào)。根據(jù)此檢測方法設計了單透鏡的驗證試驗和離軸反射系統(tǒng)的模擬實驗,均證明了其可行性。
[Abstract]:From the use of space resources and resource occupation perspective, observation of space target in space or use of space, has application prospect and extensive application demand. At present, space-based missile early warning detection from the initial development to now quietly track target observation and observations of space debris, it gradually from in the idle space observation, and use the situation from different development status and future space, micro satellite shooting based on flexible, large field of space-based observation observation ability of the whole has become an inevitable trend. In order to meet the domestic large field of view, target small space high resolution camera detection demand development at the initial stage. With the development needs of development of the domestic satellite technology and a growing number of future satellite observations, research of large field of view camera is imminent Pars. This paper is devoted to the large field of view, target small space high resolution detection requirements of relevant theoretical research in camera, optical system design method and needle camera detection method in optical system were carried out innovative research and practical research, for the further development of space-based detection camera. First lay the foundation in this paper, the development status of domestic and international space target observation camera for the research, introduced the United States, Canada, and other countries of the space target observation satellite and camera, and discusses the future development trend of the whole world space target observation satellite as well as the current domestic development condition. Space target orbit detection camera target detection for space target, the imaging characteristics of space target and the technical parameters of environment detecting camera has great influence. According to the detection target And the detector characteristics of space target detection camera field, focal length, spectrum parameter setting constraints, a series of calculation method is put forward. At the same time, the requirements of space target detection environment camera has the ability to eliminate the stray light, so the source of stray light and different target detection magnitude, the signal-to-noise ratio of the optical detector. The system effective aperture, exposure of different magnitude of target detection system of stray light elimination ability of research, finally puts forward the main form of space target observation with intermediate image plane real entrance pupil off-axis three mirror optical system. According to the specifications known, first using the Seidel aberration theory of optical system design of the traditional design, the real the pupil, with the intermediate image plane of large FOV off-axis reflective system. After introducing a design method based on differential equations, the method of combining with geometric ray tracing, A differential equation based on Fermat's principle and sinusoidal conditions, can be used to design the free surface, the off-axis system, and the design of space-based space camera with large field of view off-axis reflection system using this method has excellent image quality in the system wide field 16O * 4O. Verify the feasibility of the design method after the design of shaft system in the study of the reflection from the angle of view, proposed for a real entrance pupil, a detection method of reflective off-axis system pupil. The method is based on the conditions of sinusoidal grating detection methods, according to the conditions of a violation of the sine wave detection on and off axis linear field related aberrations can be used to guide the alignment. According to the detection method of the experimental simulation test of single lens and off-axis reflective system design, which proves its feasibility.

【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TJ86

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本文編號：1705520