空间光学遥感器宽视场波前误差在轨检测方法

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1、空间光学遥感器宽视场波前误差在轨检测方法孙倩倩2015年01月中图分类号：UDC分类号：空间光学遥感器宽视场波前误差在轨检测方法作者姓名孙倩倩学院名称光电学院指导教师胡新奇副教授答辩委员会主席赵长明教授申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Inorbitdetectionofwide-fieldwavefronterrorofspace-basedopticalremotesensorCandidateName：SunQianqianSchoolorDepartme

2、nt:SchoolofOpto-electronicsFacultyMentor:AssociateProf.HuXinqiChair,ThesisCommittee：Prof.ZhaoChangmingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ElectronicScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我

3、本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要近年来，随着高分辨率空间光学遥感器的发展，遥感器口径越来越大。由于长焦距、轻量化、可折叠等特性以及空间在轨环境的特殊性，成像质量受到多种潜在因素的影响，导致图像分辨率降低

4、。对于像质下降的问题，一般有两种解决方法，一是利用比较复杂的自适应光学技术，另一种方法是仅采用自适应光学中的波前传感技术进行出瞳波像差的在轨检测，然后通过离线图像复原技术恢复图像。空间相机的视场较宽，不同视场的像差不同，为准确掌握空间相机的像差特性，需要在全视场内布置多个波前传感器；同时又要考虑到，为降低系统复杂性和成本，不易布置太多的波前传感器。不同形式的光学系统，其像差随视场的变化特性可能不同，需根据其变化特性布置测量点数。对于同轴三反线阵空间相机，可尝试在中心视场和2个边缘视场布置波前传感器，根据3个视场的波

5、前误差检测，通过数据拟合的方法，实现全视场波前误差的估计。对于同轴三反面阵空间相机，可尝试在中心视场和4个边缘视场布置波前传感器，根据5个视场的波前误差检测，通过数据拟合的方法，实现全视场波前误差的估计。本文对两种方案的可行性和精度进行了系统的仿真研究。仿真研究中，利用Zemax软件建立同轴三反系统模型，通过Matlab和Zemax之间的DDE通信,在光学系统模型中引入主镜面形误差、次镜位置误差、次镜面形误差、三镜面形误差等误差源，并通过Matlab和Zemax之间的DDE通信,从Zemax中读出各视场波前误差，在

6、Matlab中进行分析。仿真结果表明，同轴三反线阵空间相机宽视场波前误差的在轨检测，在事先存贮原始设计误差的情况下，仅需3个波前传感器即可实现全视场波前误差估计，仅考虑-5拟合误差时，绝对误差在10量级，相对误差低于5%；同轴三反面阵空间相机宽视场波前误差的在轨检测，可以通过事先存贮原始设计误差，仅需5个波前传感器即可-4实现全视场波前误差估计，仅考虑拟合误差时，绝对误差在10量级，相对误差低于5%，其中Zernike多项式的某些项的系数较小，其估计值的相对误差会较大，但对总误差的贡献不大。该研究为解决线阵、面阵空

7、间相机全视场波前误差的在轨检测问题，提供了一种可行方法。关键词：光学遥感；波前传感；宽视场；主镜面形误差；次镜位置误差I北京理工大学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withthedevelopmentofhigh-resolutionspace-basedopticalremotesensing,theapertureoftheremotesensorisbecominglargerandlarger.Becauseofthelongfocallength,thelightweight,be

8、ingfoldableandthespecialenvironmentofspace,theimagequalityoftheremotesensorisaffectedbyavarietyofpotentialfactors,resultinginlowerimageresolution.Tosolvethisproblem,therearetwoappr