提出一种基于能量约束的自适应加权图像盲复原算法。首先,将图像划分成多幅子图像,引入图像梯度作为权重构建加权光学传递函数估计模型,以减少图像纹理对光学传递函数辨识的影响;其次,根据图像信号能量建立约束方程,采用二分法选择最优复原结果,实现自适应图像盲复原。仿真实验和多光谱遥感图像实验结果都表明,该算法具有较高的峰值信噪比和结构相似度,能有效恢复高斯类模糊图像,增强图像细节分辨能力,提高图像的主观视觉效果。该算法可应用于数据量大、实时性强的领域。

为了提高光学拼接焦平面空间相机的成像性能和图像质量,开展了空间相机研制全过程的辐射定标技术研究,包括辐射响应性能分析、图像传感器的辐射定标及筛选、焦平面辐射定标、系统级辐射定标以及辐射定标数据应用等,并对具有反射镜光学拼接焦平面的空间相机进行了辐射定标实验。结果表明,利用相对辐射校正系数对图像校正,可以有效消除渐晕,图像的非均匀性由14.1%降至0.4%,图像质量明显提升;图像传感器的筛选以及焦平面组件的辐射定标,减少了图像传感器之间的辐射响应差异,相对定标不确定度小于1.0%。

针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求, 对空间某中等口径的长条形反射镜提出一种基于中心支撑形式的轻型优化设计方法。选用背部中心单点支撑形式, 不仅从整体上减小了反射镜及其组件的质量, 而且大大简化了支撑结构的设计。采用多目标集成优化的方法, 提高了反射镜在Z向重力工况下的面形精度。设计了适用于中心支撑的柔性支撑结构, 克服了中心支撑刚度低、动态可靠性差的缺点。仿真分析了反射镜及其组件的综合性能, 并与背部三点支撑形式进行了比较。结果表明, 中心支撑的反射镜质量更轻(3.36 kg), 与实体反射镜相比, 轻量化率达到了87%, 组件质量也较三点支撑减小了24%; 在X、Y、Z三轴方向1 g重力工况下的面形精度RMS值分别达到2.2、2.1、7.5 nm, 优于三点支撑形式; 4 ℃均匀温升载荷工况下的面形精度RMS值为2.8 nm, 远小于设计要求的RMS≤12 nm; 反射镜组件的一阶固有频率为135 Hz, 重力作用下镜面的最大刚体位移为3.96 ?滋m。该设计在极大地减小了反射镜及其组件质量的同时, 保证了反射镜的面形精度和组件的动、静态刚度, 满足设计要求, 为同类型空间反射镜的轻型优化设计提供了一种新思路。

设计了一个应用于轻小型空间相机的碳纤维框架。根据光学系统中各光学元件的空间分布特点, 通过比较选择结构性能和工艺性能优异的M40J碳纤维复合材料完成了相机框架的结构设计, 并使用TC4预埋镶嵌的方法解决了碳纤维框架接口精度低的问题。对碳纤维框架进行区域划分, 采用集成仿真与优化设计方法、遗传算法全局寻优与单纯型下山法局部寻优的组合优化策略对碳纤维框架各区域结构参数进行优化设计。经过优化, 碳纤维框架包含TC4预埋件的总质量为15.6 kg, 仅占相机整机质量的18.4%, 相机的一阶频率达104.8 Hz。最后通过力学环境试验得到相机整机一阶频率为102 Hz, 与仿真结果相符, 进一步验证了设计的合理性和正确性。文中提出的碳纤维框架方案对轻小型空间相机设计有一定的借鉴意义。文中所采用的优化方法可广泛应用于空间相机光机结构设计中, 能大幅度提高设计效率, 缩短研制周期。

目前光学遥感器向着大口径、宽视场的趋势发展, 随着遥感器口径和视场的不断增大, 需要与之对应的定标设备来满足其全口径全视场的定标要求。为此, 研制了一套超大口径(3.2 m)均匀光源系统。首先基于积分球理论和黑体普朗克理论设计出口光谱辐射亮度, 并利用LightTools软件对出口均匀性和朗伯特性进行内置光源分布仿真设计。然后针对超大口径均匀光源辐射性能测试存在的问题, 研制了一套基于阵列探测器的辐射性能测试装置, 并应用校正算法进行一致性校正。最后利用新研制的设备对超大口径均匀光源进行测试实验, 并对测试不确定度进行分析。结果显示：0.8 m口径光源的光谱辐射亮度大于600 W·m-2·sr-1, 3.2 m口径光源的均匀性优于98.362%, 中心点±45°范围内朗伯特性优于98.810%, 数据表明新研制的超大口径均匀光源满足设计要求。

基于特定的轻量化形式和支撑结构, 采用有限元方法研究了口径为500 mm的空间SiC反射镜的背部中心支撑特性.通过分析镜体结构参量对反射镜性能的影响, 确定了最佳的支撑孔直径与反射镜口径的比例为0.23, 指出对不同口径的反射镜需通过优化确定最佳的背部形状, 当重力沿径向作用时, 增大支撑深度有利于提高面形准确度.支撑结构分析结果表明, 柔性连接件底部螺栓圆半径是影响温变载荷工况下的面形准确度和反射镜组件的一阶固有频率的关键因素, 要确定最佳的底部螺栓圆半径需综合考虑面形准确度和结构基频两方面的指标要求; 背部中心支撑的反射镜面形准确度受外界装配应力的影响较小, 且对柔性连接件切槽深度的变化不敏感; 支撑长度主要影响结构的动态刚度, 减小支撑长度能提高反射镜组件的一阶固有频率.最后确定了空间SiC反射镜背部中心支撑的最大适用口径为750 mm, 对口径小于750 mm的SiC反射镜在结构允许的前提下采用背部中心支撑均能满足设计要求.

为了增强低照度成像系统对运动目标的应用能力, 在典型的低照度图像多帧处理方法基础上, 结合运动速度估计进行改进, 提出了一种自适应图像增强方法。该方法能有效减小低照度图像闪烁噪声, 提高图像对比度, 并且适用于运动目标成像处理。在以现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件搭建的硬件平台上进行验证。结果显示: 经过该方法处理后, 视频信噪比由2. 1 dB提高到11. 5 dB; 当目标加速运动时, 没有考虑目标运动的方法处理过的图像信噪比显著下降, 而本文方法处理的图像信噪比下降幅度较小。

为满足轻小卫星相机质量更轻、性能更好的要求, 对某离轴三反空间相机610 mm口径圆形主镜进行了超轻量化设计.选用背部中心单点支撑方式, 采用变筋厚和变筋高的设计形式, 结合集成优化方法, 设计的主镜质量仅为6.23 kg, 面密度约为21.3 kg/m2.并设计了主镜的支撑结构, 仿真分析了组件的静、动力学性能.结果表明：三个方向重力工况下主镜的面形准确度(RMS值)均优于6 nm, 4℃均匀温变载荷工况下主镜的面形准确度优于1 nm; 主镜组件的一阶自然频率为112 Hz, 频响分析的最大应力发生在钛合金柔性连接件的螺栓孔处, 最大应力值为104 MPa, 远小于钛合金的屈服极限870 MPa.主镜轻量化效果显著, 主镜组件的静、动力学性能均满足设计要求, 本文所述单点支撑形式的最大适用口径为683 mm, 为同类型空间反射镜的超轻量化设计提供了思路和参考.

变形镜支撑结构自身性能的优劣将直接影响变形镜的像差校正能力。给出一种空间相机用变形镜的结构, 结合材料属性与加工工艺, 分析了不同结构形式支撑底座的特点, 发现采用碳纤维增强复合材料(CFRP)制作的实体式结构明显优于选用钛合金制作的筋板式结构, 指出支撑底座材料的比刚度以及支撑底座与反射镜材料之间的线胀系数差别分别是影响变形镜自重变形和热变形的主要因素。比较了不同的支撑方案, 发现采用背部三点支撑可以改善周边三点支撑时由重力因素导致的反射面边缘塌陷现象, 在z向重力下面形RMS值由15.38 nm降至4.17 nm, 降低了73%, 且热变形更加均匀, 4 ℃温升时的RMS值由3.68 nm降至3.22 nm, 降低了12.5%, 一阶频率也由1 513 Hz提高至1 982 Hz。这说明该变形镜结构的动、静态刚度及热稳定性均满足空间相机的应用要求。

为了提高太赫兹成像速度, 设计了一种像面扫描太赫兹快速成像系统。它为反射式单像素探测器成像, 成像系统采用新设计的表面镀金的离轴抛物面镜结构以实现大口径、无遮拦、高反射率、高质量成像; 反射成像系统光学设计F数为2.93, 通光孔径为100 mm, 视场为±1°, 焦距为293.45 mm, 成像窗尺寸为64 mm×64 mm, 圆孔直径为2 mm, 扫描采集16×16像素图像时间为0.1 min, 32×32像素图像时间为0.42 min, 64×64像素图像时间为1.7 min, 空间分辨率为1 cm。扫描系统结合压缩传感成像理论采用新型像面扫描方法实现快速成像, 在系统焦平面位置加入旋转多孔盘, 对像面的图像进行太赫兹能量强度扫描, 使用金属光锥收集能量到高莱探测器。利用压缩传感理论的特殊条件(采样数目与图像像素数相等)进行像面图像采集, 然后利用正则归一化方程重构像面图像, 该系统具有成像速度快、分辨率高、低成本、结构紧凑合理的优点。