视场合成技术在推扫式成像光谱仪中的应用研究
2013-06-08 17:41:04 益择发布危 峻 蔡海蛟 翁东山
(中国科学院上海技术物理研究所, 上海200083)
摘 要 推扫式遥感仪器可以采用多个镜头进行视场合成以提高仪器的总视场。视场合成技术涉及光学、机械、电子学系统
技术。从光机设计、装调工艺、电子学设计等方面阐述了视场合成技术中需要考虑的因素和主要的措施。采用视场合成技术
设计了五个子模块视场合成的成像光谱仪。最后, 采用两个成像子模块构建试验成像装置, 得到效果良好的视场拼接图像。
关键词 视场合成 光谱仪 CCD 数据采集
中图法分类号 TP751. 1; 文献标志码 B
2009年4 月10日收到
第一作者简介: 危 峻, 男, 湖北人。上海技术物理研究所研究员。
研究方向: 航天遥感仪器。
总视场是遥感仪器的重要性能指标, 它决定了
遥感仪器全球覆盖的周期和局部重复观测周期[ 1 ] 。
总视场越大, 周期越小。在单镜头的推扫式遥感仪
器中, 系统的总视场取决于光学系统视场、瞬时视
场以及探测器的规模。瞬时视场由地面分辨率以
及轨道高度决定。作为一个系统指标, 通常无法改
变。为了获得更大的总视场, 设计者必须不断提高
光学系统的视场或增加探测器的探测元数目。对
于一个推帚式、宽幅、视场要求大于90度的空间应
用成像光谱仪, 采用一个镜头的光学设计有很大的
难度。首先光学系统将产生很大畸变, 会引起图像
的失真; 其次, 可见近红外光谱分光系统会产生严
重的谱线弯曲现象, 最终导致光谱分辨率与定位精
度的下降。此外, 大规模的探测器阵列设计存在较
大困难, 这些因素都限制了单镜头遥感仪器总视场
的进一步提高。
参考当前国际航天对地观测系统的发展趋势,
可以在除视场外的其他指标都满足总体要求的前
提下, 选择一个可设计性强的小视场子模块进行研
制, 然后将若干子模块依据一定的方式进行光学视
场合成, 组成符合要求的大视场仪器。采用多镜头
的视场合成技术, 可以在维持现有光学系统视场和
探测器规模的情况下, 成倍提高系统的总视场[ 2] 。
理论上, 如果单镜头的视场为Ab, 则n 个镜头的系
统总视场可达nAb。
视场合成技术涉及光、机、电等技术。课题采
用视场合成技术, 将设计由5个镜头构成的推扫式
宽视场成像光谱仪。各个镜头采用独立的CCD 探
测器成像, 每个镜头获取对应子视场的图像。在推
扫方式下, 面阵CCD 水平方向对应为空间维, 垂直
方向对应为光谱维。
1 视场合成中的关键技术
常见的视场合成技术包括两分总视场方案、三
分总视场方案。在航天遥感中使用视场合成技术
的典型仪器是欧洲环境卫星一号Env isa-t 1 装载的
推帚式中分辨率成像光谱仪MER IS[ 2, 3 ] 。它采用视
场合成技术获取宽视场, 由5个相同的模块扇形分
布进行视场合成, 每个相机子模块的视场角为14.
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