用于空間外差光譜儀的Offner成像研究.pdf

1、Offner光學(xué)成像系統(tǒng)是一種經(jīng)典的三反光學(xué)系統(tǒng)，最早是Abe.Offner提出。目前普遍應(yīng)用于Offner凸面光柵光譜儀和中繼望遠(yuǎn)成像系統(tǒng)中，尤其在寬譜段遙感儀器中應(yīng)用優(yōu)勢明顯。因此，將Offner光學(xué)成像系統(tǒng)與空間外差光譜技術(shù)結(jié)合，可同時滿足超光譜與寬譜段的空間遙感探測需求。
　　空間外差光譜技術(shù)具有超光譜分辨率的特性，適用于痕量氣體的精細(xì)測量、大氣層中水汽的探測、星際礦物質(zhì)研究等應(yīng)用，在遙感應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。近年來，寬譜

2、段空間外差技術(shù)的研究，以及基于該技術(shù)在中高層大氣風(fēng)場、天文觀測等領(lǐng)域的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)。
　　空間外差光譜儀的成像系統(tǒng)用于對有限遠(yuǎn)物距干涉條紋進(jìn)行比例縮放，成像于探測器焦面處。而成像系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)曲線、畸變、色差等因素直接影響探測器所采集的干涉圖質(zhì)量，進(jìn)而影響復(fù)原光譜的信噪比和精度。同時，空間外差光譜儀大光通量以及寬波段光柵衍射角度范圍要求成像系統(tǒng)具有較大物方數(shù)值孔徑。因此，成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的難度，其成像質(zhì)量直

3、接影響空間外差光譜儀獲取的原始干涉圖質(zhì)量，進(jìn)而影響復(fù)原光譜的質(zhì)量。
　　研究表明，Offner光學(xué)成像系統(tǒng)對比于傳統(tǒng)透射式系統(tǒng)具有適用波段范圍寬、初級像差小、物方數(shù)值孔徑大等優(yōu)點(diǎn)。本論文的主要工作有以下幾個方面:
　　(1)結(jié)合空間外差技術(shù)特點(diǎn)和要求，給出一種Offner光學(xué)成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，利用光學(xué)軟件完成了系統(tǒng)的光線追跡，對該系統(tǒng)進(jìn)行了像差校正與優(yōu)化，最后對系統(tǒng)進(jìn)行了成像質(zhì)量評估和公差分析。
　　(2)以系統(tǒng)光學(xué)

4、設(shè)計(jì)的參數(shù)為輸入條件，運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件結(jié)合裝調(diào)方案對Offner光學(xué)成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包含折軸鏡組件、三反射鏡組件和縮放比透鏡組件。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果可以滿足該系統(tǒng)公差分析對各元件的精度。
　　(3)對設(shè)計(jì)的空間外差光譜儀的Offner成像進(jìn)行了雜散光分析，設(shè)計(jì)了合理的消雜散光光闌和內(nèi)遮光罩，對主要雜光來源進(jìn)行抑制。利用雜散光分析軟件對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過計(jì)算得到光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)源透射比(PST)，并運(yùn)用最小二乘法對PS