基于激光雷达高程数据与平面影像数据融合的三维成像技术是三维遥感探测技术的重要发展方向之一。本文设计了基于此体制的共孔径三维成像载荷的光学系统。从受限的空间尺寸出发, 以此作为设计输入条件, 得到光学系统的初始设计参数, 设计了焦距为2 400 mm, F数为5.33的偏视场同轴三反系统。采用三镜前置的方式, 大大缩短了光学系统的轴向长度, 使光学系统的轴向长度仅为焦距的1/4.36, 在有限的空间内, 实现了长焦距、高分辨率的光学系统排布。采用偏视场设计, 避免了系统内的二次遮挡。整个系统的成像质量良好, 无色差, 畸变小, 光学调制传递函数接近衍射极限, 同时其相对孔径较大, 有效通光孔径较大, 能量集中度高, 在保证高地面分辨率的同时, 满足了激光接收端对能量的需求。

为设计高分辨率可见光空间相机,研究了三反射式光学系统(TMA)设计过程中需要考虑的问题。通过对折轴三反射光学系统最终视场在像面上的分布,提出了偏视场、全视场和环形视场3种折轴三反光学形式,并进行了光学系统设计。设计了3种谱段位于500-800 nm,焦距f=6000 mm,F数为10的折轴三反光学系统,设计结果表明,3种系统成像质量均接近或达到衍射极限,可以满足高分辨率可见光空间相机的使用要求。并对3种折轴三反射光学系统的加工装配难度进行了分析和比较,可以作为其他大口径、长焦距空间相机光学设计的参考。