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大气背景测量多通道光学系统及其测量能力研究

作　者: 吴昌力
导　师: 龙夫年
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 背景测量多通道光学系统信噪比杂散辐射光学系统设计
分类号: TH765.84
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 99次
引　用: 2次
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内容摘要

大气层是地球生物赖以生存的保证,随着人类活动空间的延伸,以及出于对国家安全的考虑,人类已开始部署天基系统对整个大气层进行测量分析,目的是通过对大气背景信息的研究,为进行在背景信息中识别目标计划以及系统设计积累经验。本文对大气背景测量多通道光学系统及其测量能力进行了研究,主要包括以下内容:首先,分析了国内外大气背景测量光学系统的性能及特点,并对大气背景特征以及大气传输特性进行了简要分析。接着,以美国用于大气背景测量的MSTI-3多通道光学系统为研究对象进行了深入分析。主要包括:(1)论证了光学系统特性参数;(2)分析了光学系统各个通道特点及主要作用;(3)利用ZEMAX软件模拟了各个通道光学系统,并对成像质量进行了评价;(4)对中波红外通道和短波红外通道热焦点飘移进行了计算,并对该系统采用的热补偿措施进行了详细分析;(5)结合探测器性能,对多通道光学系统各个通道进行了信噪比计算以全面评价系统总体测量能力;(6)利用杂散辐射分析软件Tracepro建立了光机模型并对光学系统进行了杂散辐射分析。主要分析了锥状挡光板和视场光栏对视场外光线的抑制作用,以及中波4.21~4.43μm波段机械结构内壁自身辐射对测量能力的影响,验证了红外通道采用新型冷光栏和分段制冷的好处。论文最后根据复消色差理论,对MSTI-3可见近红外通道进行了改进设计,改进后该通道MTF接近衍射限,成像质量更好;又根据信噪比要求,重新给出了光学系统指标参数,并进行了多通道光学系统设计和公差分配。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题背景及研究的意义  10
  1.2 国内外在该方向的研究现状及分析  10-14
    1.2.1 国外研究现状  10-14
    1.2.2 国内研究现状  14
  1.3 课题主要研究内容及目的  14-15
第2章大气背景特性简介  15-19
  2.1 大气背景特征  15-16
    2.1.1 大气计算软件MODTRAN简介  15
    2.1.2 大气背景辐射计算  15-16
  2.2 大气传输特性  16-18
    2.2.1 大气吸收影响  16-17
    2.2.2 典型波段大气透过率与高度关系  17-18
  2.3 本章小结  18-19
第3章 MSTI-3 大气背景测量多通道光学系统研究  19-50
  3.1 MSTI-3 多通道光学系统介绍  19
  3.2 MSTI-3 多通道光学系统任务安排  19-20
  3.3 MSTI-3 多通道光学系统特性参数分析  20-24
    3.3.1 光学系统工作高度分析  20
    3.3.2 空间分辨率分析  20-21
    3.3.3 时间分辨率分析  21-22
    3.3.4 光学系统一阶参数分析  22-24
  3.4 MSTI-3 光学系统结构布局  24-45
    3.4.1 两轴指向镜分析  24-30
    3.4.2 RC望远系统分析  30-33
    3.4.3 分光立方棱镜分析  33-34
    3.4.4 可见近红外通道中继镜组、探测器及光学系统总体特性分析  34-37
    3.4.5 红外通道中继镜组分析  37-38
    3.4.6 滤光片特性分析  38-39
    3.4.7 杜瓦光栏（冷光栏）分析  39-41
    3.4.8 红外探测器光学特性分析  41
    3.4.9 光学系统消杂光措施  41-42
    3.4.10 光学系统固定方式和热效应分析  42-44
    3.4.11 红外通道温度补偿措施分析  44-45
  3.5 MSTI-3 多通道光学系统设计结果及光线追迹分析  45-49
  3.6 本章小结  49-50
第4章信噪比计算和杂散辐射分析  50-70
  4.1 MSTI-3 多通道光学系统信噪比计算分析  50-57
    4.1.1 短波红外/中波红外通道信噪比计算基础  50-52
    4.1.2 大气背景测量时短波红外/中波红外通道信噪比  52-53
    4.1.3 短波红外/中波红外通道信噪比分析  53-54
    4.1.4 可见近红外通道成像光谱仪噪声来源  54-55
    4.1.5 可见近红外通道成像光谱仪信噪比分析  55-57
  4.2 MSTI-3 多通道光学系统杂散辐射分析  57-69
    4.2.1 Tracepro简介  58
    4.2.2 Tracepro杂散辐射分析理论基础  58-59
    4.2.3 杂散辐射对测量能力影响分析  59-69
  4.3 本章小结  69-70
第5章多通道光学系统改进设计  70-83
  5.1 MSTI-3 可见近红外通道光学系统改进设计  71-73
  5.2 新多通道光学系统参数确定  73
  5.3 新多通道光学系统结构形式选择  73-74
  5.4 新多通道光学系统优化设计  74-80
  5.5 光学系统公差分配  80-81
  5.6 本章小结  81-83
结论  83-85
参考文献  85-88
攻读学位期间发表的学术论文  88-90
致谢  90-91
个人简历  91

大气背景测量多通道光学系统及其测量能力研究

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