1 季华实验室，广东 佛山 528200
2 长春长光宇航复合材料有限公司，吉林 长春 130102
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
由于载机负载有限，质量一直是机载成像系统结构设计时的关键指标。主支撑结构作为机载成像系统中光学系统的主承力结构，必须进行轻量化设计。但是，以往机载成像系统主支撑结构轻量化设计方法主要包括选择比刚度高的金属材料、优化框架结构布局、调整壁厚、增加减重槽等具体措施。由于金属材料的密度和线膨胀系数较高，这种轻量化设计方法的轻量化程度不高，且有时无法满足高精度光学系统无热化设计的要求。因此，提出了一种复合材料与金属材料相结合的新型轻量化设计方法，利用更低密度、更低线膨胀系数的碳纤维复合材料作为主支撑结构成型材料，钛合金作为对外接口材料，并以质量最轻为目标、基频为约束进行了参数优化设计，最后采用预浸料制造与铺放方法获得了更高轻量化、更优尺寸稳定性的主支撑结构。通过数值计算、仿真分析与振动试验对新方法的有效性进行了验证，结果表明：新型轻量化主支撑系统基频为425 Hz；质量为10.5 kg，轻量化率为33.5%；60 ℃均匀温升时轴向光学间隔变化量为0.021 mm，降低了84.9%。研究结果表明：新型轻量化设计方法合理、有效，解决了结构轻量化与光学无热化设计的难题，并应用到长焦距大口径机载红外成像系统中。
轻量化 碳纤维 无热化设计 机载红外成像系统 lightweight carbon fiber athermalization design airborne infrared imaging system 红外与激光工程
2022, 51(11): 20220232
1 季华实验室，广东 佛山 528200
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为了减轻大尺寸（740 mm×480 mm）矩形扫描反射镜的质量并保证反射镜的面形精度，结合二维和三维等效刚度模型设计了背部开口、以三角形轻量化孔为主、轻量化率为81.4%的轻量化结构。基于球头万向节与柔性铰链原理，设计了两种背部三点支撑方式的SiC扫描反射镜组件。有限元分析结果表明，在Y方向重力及40 ℃均匀温差耦合工况下，球头万向节与柔性铰链支撑方式的反射镜面形误差均方根（RMS）值满足小于等于0.025λ（波长λ=632.8 nm）的设计要求，分别为12.3 nm和12.9 nm，一阶固有频率分别为68.1 Hz和85.5 Hz，且柔性铰链结构的刚度更好。采用自准直法测量扫描反射镜组件的面形误差，结果表明，面形误差的RMS值为0.025λ，满足实际要求，为大口径矩形扫描反射镜组件的设计提供了参考依据。
光学设计 扫描反射镜 球头万向节 柔性铰链 面形误差 激光与光电子学进展
2022, 59(5): 0522001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100049
：在航空摄影测量中，载机前向飞行和姿态旋转引起的像移模糊会为同名像点的量测引入误差，使共线方程偏离共线的条件，进而导致直接地理定位的精度下降。为定量分析像移对物点直接定位的影响，从摄影测量的共线方程出发，在充分考虑前向飞行和姿态旋转的条件下，建立了框幅式相机中CCD靶面各点像移量的数学模型。根据该模型计算出像移轨迹中的质心坐标和其对应的曝光时标，并以质心确定同名像点坐标，以中心曝光时间作为曝光时标以获得对应的外方位元素。仿真结果表明，在理想条件下，以上述方法进行双像前方交会的物方定位误差最大为0.12 mm，有效降低了像移对直接地理定位的影响。文中为分析框幅式航测相机中像移量对位置精度的影响和曝光时标的确定提供了理论依据。
遥感 像移 共线方程 直接地理定位 航空测绘 remote sensing image motion collinearity equation direct georeferencing aerial photography
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室，吉林 长春 130033
：为减小高空光学遥感器的热设计误差，提高其热控效率，利用灵敏度分析方法对高空光学遥感器的热设计参数进行了分析。根据能量守恒定律建立了光学遥感器高空航摄时的热平衡方程，并对影响透镜组件温度分布的热设计参数进行了灵敏度分析。分析结果表明，对流换热、内部热源及构件之间的热阻对高空光学遥感器透镜组件的温差影响较大。试验结果表明，基于灵敏度分析结果的热设计方案合理有效。
高空光学遥感器 灵敏度分析 对流换热 热设计 altitude optical sensor sensitivity analysis heat convection thermal design
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 航空光学成像与测量中国科学院重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
为保证全景式航空遥感器的成像质量, 对其TDI CCD精密装调展开了研究。首先介绍了全景式航空遥感器及TDI CCD的工作原理; 然后对TDI CCD时间延迟积分方向与摆扫像移方向夹角引起的TDI CCD调制传递函数的下降展开理论研究, 计算结果表明全景式航空遥感器TDI CCD必须进行精密装调; 最后给出了全景式航空遥感器TDI CCD精密装调的实现方法。装调结果表明, 该方法可达到很高的装调精度, 当级数为200级时, 装调误差引起TDI CCD在乃奎斯特频率处的调制传递函数下降为0.999 9, 完全满足全景式航空遥感器的使用要求。
全景式航空遥感器 装调误差 调制传递函数 积分级数 sweep aerial remote sensor TDI CCD TDI CCD assembling error modulation transfer function integration stage
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
为了提高彩色大面阵航空测绘相机的成像分辨率和测绘精度，对其前向像移补偿的可行性进行了分析，并设计了前向像移补偿机构。根据航空成像的中心投影模型，研究了前向像移补偿下航空测绘相机内、外方位元素的变化对成像过程的影响，证明了前向像移补偿的可行性；设计了一套基于等径共轭凸轮机构的前向像移补偿机构，并分析了各种误差因素对测绘精度的影响；提出了基于仿射变换的误差纠正方法。实验结果表明，提出的前向像移补偿方法正确，机构引入误差的纠正精度可以达到0.001 mm。
探测器 航空测绘相机 前向像移补偿 内方位元素标定 精度分析
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
利用矩形靶标测量CCD相机的整机调制传递函数时，由于靶标与CCD像元之间存在初始角度误差与初始位置误差，实验测得的调制传递函数小于CCD相机实际调制传递函数。根据调制传递函数的定义，模拟CCD对具有初始角度误差与初始位置误差的矩形靶标成像，推导出了CCD像元的亮度分布公式，从而给出了调制度与初始角度误差和初始位置误差的关系，并分别对具有初始角度差、初始位置差的情况进行分析。最后利用像元间的亮度差推导出计算初始角度误差的理论公式并进行了仿真验证。
测量 初始误差 矩形靶标 调制传递函数测试 CCD相机 光学学报
2012, 32(12): 1204002
1 中国科学院航空光学成像与测量重点实验室 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京100049
为了提高航空测绘相机的制图精度，研究了前向像移补偿过程中测绘相机畸变的纠正方法。根据光学像差理论对畸变的影响因素进行了分析，得到了前向像移补偿过程中影响畸变的关键参数。考察了主点、主距等参数变化对畸变的影响规律，在此基础上提出前向像移补偿下畸变的计算模型。依据提出的模型对前向像移补偿下的航空测绘相机进行了数学仿真及外场飞行实验。结果表明，提出的算法稳定、有效，可以有效地纠正前向像移补偿时航空测绘相机的畸变，平面位置中误差较传统纠正方法可提高1.38倍。
成像系统 航空测绘相机 前向像移补偿 畸变纠正 精度分析 光学学报
2012, 32(11): 1111001
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
像旋转是影响和限制成像质量的一个重要因素。像面反射镜不随扫描反射镜同步旋转时，就会在焦平面上产生像旋转，导致地面信息丢失和图像分辨率明显下降。为了提高航空遥感相机的动态分辨率，必须对遥感相机进行像旋转分析。根据光反射矢量理论，对具有三反射光学系统的航空遥感器的成像特性进行研究。将整个遥感相机抽象为一个简单数学模型。在笛卡儿坐标系中，通过数学坐标变换的方法，对扫描反射镜沿俯角和位角方向的旋转对像质产生的影响做定量分析。扫描反射镜沿俯角方向旋转引起像旋转，沿位角方向旋转可以对前向像移进行补偿。通过分析，为设计一种对偏流角进行补偿的机构以及控制时间延时积分(TDI) CCD的积分时间提供理论依据。结果表明，该方法的同步旋转误差小于1/3 pixel，能够获得优质图像，从而提高整个系统的传递函数。
航空成像 像旋转 遥感器 三反射系统 笛卡儿坐标系 偏流补偿机构
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了实现对前向像移的补偿, 提出一种通过合理调整快门曝光时间和飞机速高比之间的关系来补偿前向像移的方法, 对前向像移产生的原因进行研究。介绍彩色面阵CCD工作原理、相机工作原理, 从光学系统成像原理的角度分析产生前向像移的原因, 还分析了速高比和曝光时间误差。实验结果表明：速高比误差和曝光时间误差均可控制在合理误差范围内, 满足前向像移量小于1.5个像元尺寸的补偿要求, 达到了测绘相机的精度指标。
彩色面阵CCD 前向像移 曝光时间 速高比 color area array CCD forward image motion exposure time high-speed ratio
