航空光学成像与测量技术特刊 2020年第6期
航空光学成像与测量技术特刊 2020年第6期
主题关键词： 航空成像航空相机
- 论文汇编
航空光学成像与测量技术新进展
摘要：航空光学成像与测量技术具有高时效、低成本、高分辨、易判读等突出优势。作为一种不可或缺的光学遥感手段得到了广泛地应用。由于受到航空飞行的影响，光学载荷需要在有限的体积、重量和功耗约束下解决气动力(矩)干扰、振动、温度和气压的急剧变化等问题，从而获得更加清晰的光学影像和更精确的测量结果。面对本领域对航空光学成像与测量的新技术、新方法、新理论的需求，组织了航空光学成像与测量专题，在精密光学、精密机械、精确控制以及图像处理等方面介绍了一批优秀的研究成果。从理论引领和工程参考价值的角度，推动相关研究的进一步发展。关键词：航空光学成像与测量;光学;机械;控制;图像处理586|355|6<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13航空低温温度对自准直检焦系统的影响
摘要：为了研究航空低温温度对自准直检焦系统的影响，从而指导实际检焦系统的设计及修正，本文根据自准直检焦及几何光学原理，分析了单点成像、条纹成像及有无像散条件下，成像位置、成像宽度与接收的光强度差之间的相互关系，并给出了相关理论公式。结合实际的相机工况，对光学系统进行了相应的仿真，仿真结果显示，仿真双波峰电压值为1.4 V和0.47 V，与实际的检焦双波峰电压值1.38 V和0.56 V基本一致。根据结果进行了温控和柔性支撑，从而使检焦正常，提高了自准直检焦系统的温度适应性。本研究对系统的温度适应性具有指导作用。关键词：航空相机;自准直检焦;低温环境;单点成像;条纹成像432|452|3<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13航空遥感相机Ronchi光栅自准直检焦模型分析与验证
摘要：为解决航空遥感相机检焦系统故障分析、元器件选型及提高检焦精度的问题，本文深入研究了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦法。首先，归纳总结了国内外航空相机常用的几种检焦方法，对比了每种检焦方法的优缺点。接着，重点介绍了基于Ronchi光栅的光电自准直检焦系统的构成和工作原理，建立了数学模型，模拟了检焦系统在不同像面位置处的输出波形。然后，为衡量离焦程度，提出了离焦评价因子的概念，接着分析了光学系统的衍射效应和像差大小、Ronchi光栅的周期选择及检焦光源的能量分布这三种因素对检焦精度的影响，给出了Ronchi光栅周期的选择方法。最后，通过实验的方法对本文的仿真结果加以验证。实验结果表明：合焦波形的峰峰值占比0.82，对应0.05 mm步长下的平均检焦分辨力约为10%。关键词：航空相机;检焦;自准直;Ronchi光栅526|310|3<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13钢丝绳传动航空光电稳定平台设计
摘要：针对某高光谱相机选择系留气球作为飞行平台的使用要求，设计了一台钢丝绳传动两轴稳定平台，对系留气球在方位和俯仰方向的姿态变化进行角度补偿。稳定平台的方位和俯仰传动机构均采用钢丝绳传动，方位轴和俯仰轴的连续驱动力矩分别为93.6 N·m和117 N·m，两轴的最高转速分别为25 (°)/s和20 (°)/s。对稳定平台进行了实验室测试，测试结果表明：稳定平台的传动精度为5 μrad，传动误差不大于0.7%，方位轴和俯仰轴的开环控制伺服带宽分别为15 Hz和35 Hz，正弦跟踪精度均方根误差值分别为0.004 5和0.004 3。然后进行了外场飞行试验，稳定平台安装在系留气球底部，俯仰框架上安装35 kg的高光谱相机进行空中对地观测，飞行试验中获取稳定平台陀螺稳定数据，得到方位轴和俯仰轴的稳定精度分别为38.83 μrad(RMS)和37.26 μrad，满足高光谱相机稳定成像的指标要求。关键词：航空成像;高光谱相机;稳定平台;钢丝绳传动;稳定精度;系留气球445|483|2<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13载机飞行参数对倾斜成像重叠率影响及补偿
摘要：针对飞机姿态角、速度、高度对重叠率影响进行分析并给出了补偿方法。以图像目标直接地理定位方法为基础，给出了大倾斜成像重叠率的基于坐标变换分析方法；对飞行参数单变量影响给出了几何分析方法及计算公式，两种方法结果是一致的。对于载机姿态角综合作用影响，利用基于坐标变换的方法给出了载机姿态角波动在1°范围内，分析了图像目标区域与预期区域偏离的结果，同时提出了使用相机位角和俯角对飞机姿态角影响进行补偿的方法，并给出了基于坐标变换方法的相机位角和俯角补偿量计算公式；基于几何分析结果，提出了通过调整拍照周期对载机速度和载机高度波动影响进行补偿方法，并给出拍照周期的计算公式。仿真结果和实际飞行数据表明，使用相机位角和俯角进行载机姿态补偿，同时调整拍照周期，可以很好抑制航拍过程中飞机参数波动对重叠率影响，在小视场角0.88°时，在平坦地区重叠率均值与预期值偏差为1%。关键词：重叠率;载机参数;倾斜成像;坐标变换;拍照周期469|299|3<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13大倾角远距离航空成像的修正系统误差定位方法
摘要：针对目前对地目标定位算法在大倾角远距离航空成像应用时定位误差较大的问题，提出了一种修正系统误差定位方法。对大倾角远距离航空成像系统的系统误差进行分析与建模，给出了包含系统误差修正模型的对地目标定位算法，并针对残余误差的获取问题，进一步提出了一种依据地面控制点估计残留误差参数的方法。仿真结果表明，依据地面控制点估计残留误差参数，可将残留误差降为1/10。飞行试验数据验证，在进行大倾角远距离航空成像目标定位时，通过修正系统误差可将定位误差平均值从401 m缩小到97 m。修正系统误差定位方法可以有效提高在大倾角远距离航空成像应用时对地目标定位的准确度。关键词：航空相机;目标定位;误差修正;定位误差500|361|2<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13高集成度小型化共心多尺度光学系统设计
摘要：针对实时广域高分辨率成像需求同时保证系统结构的小型化与轻量化，设计了高集成度共心多尺度光学成像系统。该系统采用伽利略型共心多尺度成像结构将球透镜与次级相机阵列进行级联，以充分利用双层共心球透镜视场大且全视场成像效果一致性好的特点，并发挥伽利略型共心多尺度结构体积紧凑的优势。此外，通过设计相机阵列的排列方式进一步减少相机使用数量，实现轻量化。通过全系统联动设计与优化，系统的调制传递函数曲线在特征频率270 lp/mm处可达0.3，全视场弥散斑均方根(RMS)半径均小于探测器像元尺寸1.85 μm，成像效果优良，且公差分析结果表明系统易加工制造。该系统不仅能够有效实现大视场高分辨率成像，而且具有低的结构复杂度及更紧凑的结构，应用前景广阔。关键词：光学系统;多尺度结构;共心球透镜;大视场高分辨率成像614|391|7<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13红外双波段双视场成像告警系统设计
摘要：针对复杂环境下远距离点目标弱目标探测的需求，设计了红外双波段双视场成像告警系统。为提高其目标探测能力以及环境适应能力，该系统采用高阶非球面，减少系统镜片数量，提高系统透过率，同时校正轴上、轴外像差及高级像差，提高系统成像质量；采用光学被动消热差方式，实现了光学系统-40~60 ℃的无热化设计。采用旋转电磁铁为驱动元件，实现了80 ms大/小视场切换速度以确保目标在视场切换过程中不丢失。采用电限位、机械限位以及磁力锁紧机构作为限位组件，实现了大/小视场切换后光轴晃动小于两个像素的稳定精度。设计结果表明，该红外成像告警系统光机结构设计合理、结构紧凑、成像质量好，满足目标探测要求，在红外成像告警领域具有较好的应用前景。关键词：光学设计;双波段系统;双视场系统;旋转电磁铁驱动;光轴精度500|441|10<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13空基红外系统作用距离建模及应用分析
摘要：针对现有红外系统作用距离模型影响因素考虑较少、难以准确评估系统探测能力及目标红外隐身效果的问题，开展空基红外系统作用距离建模及应用案例分析。分析典型红外系统作用距离的影响因素，定义大气光谱透过率与作用距离的隐函数，基于大气垂直高度层上温度差异明晰光谱辐射强度分布模型，考虑目标红外光谱辐射线型特征推导大气透过率加权修正系数，进而构建了综合目标光谱辐射特性、大气温度和红外系统高度等多种因素的空基红外系统对点目标作用距离模型。基于该模型，对不同类型空基红外系统的探测能力及不同类型目标的红外隐身性能进行了比较和分析。结果表明，对于导弹、飞机类目标，采用大口径、长波段系统设计有利于提升空基红外系统对目标迎头方向探测能力，大口径中波红外系统对目标尾后方向探测能力更强；小尺寸、低表面发射率、低速飞行目标的红外隐身及突防能力更好，目标在平流层飞行时隐身性能要优于对流层和中间层飞行目标。关键词：空基红外系统;作用距离;建模;隐身490|509|9<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13基于双向反射分布函数的海面红外偏振特性表征模型
摘要：针对红外波段下海面偏振特性建模的问题，在双向反射分布函数的基础上，建立了海面微面元的偏振双向反射分布函数模型。综合考虑了海面的自发辐射效应和反射效应对探测器接收辐射的影响，提出了一种新的海面红外偏振特性表征模型。利用Elfouhaily海浪谱和快速傅里叶变换计算了海面的高度场信息和斜率信息。数值计算了不同观测天顶角和不同风速下海面自发辐射的线性偏振度，以及不同入射天顶角下海面反射辐射的线性偏振度，仿真生成了海面和舰船的红外偏振图像。仿真数据与文献数据的对比分析表明，本文所建立的红外偏振特性模型适用于分析海面的红外偏振特性。与传统的红外强度图像相比，红外偏振图像可以提供更多关于海面的细节信息。同时，目标与海面的偏振特征差异更明显，对比度更高。所提出的海面红外偏振特性表征模型对海上目标的探测识别应用具有重要的意义。关键词：偏振成像;红外波段;海面;偏振特性;偏振双向反射分布函数516|348|9<HTML><网络PDF><Meta-XML>更新时间：2020-07-13
