我国下一代侦查卫星分辨率曝光

我国下一代商业遥感卫星分辨率0.62m，技术来源:遥感5

大F数长焦距空间相机光学系统设计

李旭阳 李英才 马臻 易红伟 冯广军

摘 要

随着空间技术的不断发展,地元分辨率不断提高,空间相机光学系统的设计不断提出新的要求。分析了长焦距空间相机光学系统设计过程中需要考虑的问题,研究了大F数、长焦距空间光学系统的设计原理,并进行了光学系统设计。设计了谱段位于500-800nm，焦距f=7200mm，F=14.4的大F数、长焦距的折轴三反光学系统。结果表明,光学系统视场角达到1.6°,在450km的轨道上,地面幅宽可以达到12.5 km,像元尺寸为10 μm时,地面像元分辨率达到0.62m,当中心遮拦为6%时,Nyquist频率(50 lp/mm)处调制传递函数(MTF)优于0.38,成像质量达到衍射极限,光学系统畸变量优于0.5%,可以满足高分辨率空间相机对地观测的使用要求,同时也验证了大F数、长焦距光学系统的设计原理。

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近日，2011年国防科技工业工作会议在京召开，中央军委委员、总装备部部长常万全，工业和信息化部党组书记、部长苗圩出席会议并作讲话。工业和信息化部副部长、国防科工局局长陈求发作工作报告。会议表彰了2010年在国防科学技术中做出突出贡献的先进单位和个人。中科院西安光学精密机械研究所“高分辨率CCD遥感相机”项目荣获国防科学技术一等奖。

高分辨率遥感相机是遥感卫星的主载荷，主要用于获取目标的高分辨率、高清晰图像，为资源勘察、环境监测、城市规划、防震减灾和空间科学试验服务。西安光机所科研人员坚持自主创新，潜心攻关、奋勇拼搏，突破了长焦距非球面光学系统及相机对空间环境的适应性、CCD高分辨率推扫成像和高速、实时、低噪声视频信号处理等关键技术，终于研制成功星载长焦距高分辨率CCD遥感相机，填补了国内空白。相关获得的图像清晰、层次丰富、像质优良。它是我国卫星遥感有效载荷研发的重大突破，对增强我国的经济实力、科技实力和综合国力具有重大意义

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从英国归来后，李英才秉承科研工作始终为国家服务的精神，开始转向空间光学研究，在吸收前人经验的基础上自主创新，以丰硕的科研成果报效祖国。

1987年，在五谱段三拼接CCD多光谱相机项目中，李英才设计出了长焦距复消色差物镜与五谱段分色棱镜组合的光学系统，国内首次采用全反全透棱镜实现CCD精密光学拼接，并完成样机研制。该预研成果后来应用于星载多光谱相机和机载多光谱扫描仪中。

1990年，李英才主持了轻型大画幅航空相机光学系统的研制，相机具有104°超宽视场，结构紧凑，适合轻型无人机装载，全视场照相分辨率优于国外同类相机先进水平。该相机定型批量生产交付，得到用户的好评。该项目获科技进步二等奖。



1993年，他在载人飞船可见光相机项目中担任副主任设计师，参与完成相机非球面光学设计加工，提出大口径反射式相机消杂光技术方案，设计并研制相机遮光罩及杂光测量仪等，已在神舟飞船可见光相机上得到成功应用。因此他被授予载人航天工程优秀工作者。



1996年，他带领项目组提出了详查普查结合型遥感相机系统的创新设计思想。在国家“863”计划支持下，突破了大口径、折轴式非球面三反光学系统、TDI-CCD时钟驱动与行同步控制、多路平行高速低噪声视频信号处理等8项关键技术，研制成功我国第一台长焦距、高分辨率、可变焦距CCD遥感相机，性能指标达到国际同类相机先进水平。因此他被授予为国家“863”计划做出突出贡献的先进个人，该项成果获二等奖。



2001年，他和他的团队首次提出TDI-CCD亚像元成像的设计思想，在中科院预研基金的支持下，完成了关键技术攻关和样机研制，动态推扫成像表明亚像元成像的分辨率提高了1.4倍。该项技术申请了发明专利。



在国家高新工程项目中，他担任遥感卫星主载荷高分辨率相机的总设计师，提出先进的设计方案和相机研制13项专利技术，打破了国外的技术封锁，出色完成了长焦距、高分辨相机研制，为我国高分辨率遥感卫星做出了重要贡献。



在相机研制过程中，他带领项目组坚持自主创新，顽强拼搏，攻克了相机研制和试验中的关键难题，提高了相机的在轨成像质量和可靠性。卫星传回的图像清晰，层次丰富，信噪比高，动态范围宽，综合性能达到国际先进水平，使我国的高分辨率光学遥感技术跨入了世界先进行列。对相机获取的遥感图像经判读分析认为，图像识别和目标确认能力分别提高了45%和70%，得到用户一致好评。正如全国人大常任委会副委员长、中国科学院院长路甬祥的贺信中指出的：“这是我国对地观测技术领域的又一新进展；是我院卫星遥感有效载荷研发的又一重大突破；对加强我国航天科技创新体系建设，增强我国经济实力、科技实力和综合国力具有重大意义。”



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西安光学精密机械研究所：



欣闻遥感卫星五号发射任务取得圆满成功，我谨代表院党组，向你们并通过你们向所有参加此次任务的单位和参研参试人员表示最热烈的祝贺和最诚挚的慰问!

遥感卫星五号的成功发射，是我国对地观测技术领域的又一新进展，是我院卫星遥感有效载荷研发的又一重大突破，对加强我国航天科技创新体系建设，增强我国的经济实力、科技实力和综合国力，具有重大意义。