吉林大学 仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130021
星载CO2成像光谱仪具有图谱合一、高空间分辨率、高时间分辨、非接触和长期监测的优点，已成为监测全球温室气体变化的重要手段之一。为解决大视场因入射狭缝较大，信噪比低，成像质量不佳的问题，文中对Offner成像光谱仪的光学系统初始结构设计提出了一种新方案。该方案基于在30 mm狭缝处发出的子午光线、弧矢光线在中心波长处相切，提高入射光线在整个光谱范围内的利用率。利用光学设计软件，设计在1594~1619 nm波段范围内，F数为2.5，光谱系统分辨率为0.1 nm的成像光谱仪。设计结果表明，点列图均方根（RMS）半径小于5 μm，系统在33 lp/mm处的传递函数优于0.7。此外，该系统采用像元合并（即扩展像元）的方法，进一步提高光谱信号的探测强度，该设计方案能够满足应用于星载CO2成像光谱仪大视场、高光谱分辨率和高信噪比的遥感探测需求。
成像光谱仪 光学设计 短波红外 凸面光栅 像元合并 imaging spectrometer optical design short infrared convex grating pixel binning 红外与激光工程
2022, 51(7): 20220431
1 长光卫星技术有限公司, 吉林 长春 130031
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
针对某型号微纳遥感相机超轻质、低功耗、短周期和低成本的要求,设计了一种一体式超轻主支撑结构。从微纳遥感相机的任务需求出发,经过比较后选择钛合金作为主支撑结构的材料,并从质量和功耗两方面考虑选择了桁架式方案。建立了以基频为目标函数的拓扑优化数学模型,推导了目标函数的灵敏度,并通过采用改进的Heaviside密度滤波方法,得到了拓扑结果清晰的主支撑结构最优传力路径。以基频为目标函数建立尺寸的优化数学模型,得到了各部分的最佳设计尺寸,设计完成后的一体式主支撑结构质量为0.6 kg。有限元分析与实验结果表明:一体式主支撑结构能够满足光学系统的公差要求,且基频远高于卫星平台对光学载荷的要求,验证了拓扑优化设计方法和尺寸优化设计方法的正确性以及设计的合理性。
遥感 微纳遥感相机 超轻质 主支撑结构 拓扑优化 尺寸优化
