星载超大幅宽红外成像扫描及变焦控制技术研究

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1、博士学位论文星载超大幅宽红外成像扫描及变焦控制技术研究作者姓名：刘小勇指导教师:刘银年研究员孙德新研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:物理电子学培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完

2、全了解中国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日ResearchonScanningandZoomControlTech

3、nologyofSpaceborneInfraredImagingwithUltra-largeSwathAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinphysicalelectronicsByLiuXiao-yongSupervisor:ProfessorLiuYin-nianProfessorSunDe-xinShanghaiInstituteofTe

4、chnicalPhysics,ChineseAcademyofScienceJune2018摘要摘要星载超大幅宽高分辨率红外成像仪可以提供高时间分辨率和高空间分辨率的图像遥感数据，在全球植被观测以及精细农业研究领域有着独特的应用优势。由于受到红外光学系统设计以及红外探测器技术水平的限制，需采用光机扫描方式实现超大幅宽红外成像。传统的匀速旋转扫描成像扫描效率低，而扫描效率较高的双向摆扫成像需安装扫描线校正器以及弹簧减震器，扫描机构复杂，可靠性较低。红外成像仪在进行超大幅宽扫描成像时，获得的图像存在严重的地面畸变，不利于遥感数据的定量化研究和应用。为了提高红外成像仪的探

5、测精度以及获取低畸变的红外图像数据，本文对星载超大幅宽红外成像扫描及变焦控制技术进行了研究，研究内容主要包括以下两个方面：（1）介绍国内外星载宽幅红外成像的典型载荷及其扫描成像方式，阐述了超大幅宽高分辨率红外成像的两个关键技术；对超大幅宽红外扫描成像控制系统进行理论分析；搭建扫描及变焦控制系统的硬件平台，并进行了软件设计；对扫描及变焦控制系统的初步性能进行测试，测试结果表明扫描控制系统定位峰值误oo2差为±0.154″，3/s的速度峰值误差在±1%以内，最大加速度为386/s，变焦电机重复定位精度为±0.001mm，满足控制系统指标要求。（2）重点研究了超大幅宽高分

6、辨率红外成像技术中的两个关键技术，针对低畸变、高扫描效率、高可靠性的成像要求，研究了慢速变速扫描以及正弦加速度快速回扫控制技术，并对控制技术进行了仿真和实验。结果表明扫描成像过程的速度稳定度在±0.5%以内；扫描成像的起止角度峰值误差为1.44″；慢速扫描与快速回扫状态切换时的速度误差在0.5%以内，状态切换稳定；慢速扫描成像时间、快速回扫时间、扫描周期时间的峰值误差分别为0.083ms、0.25ms、0.333ms；扫描控制系统的扫描效率达到86%；扫描运动对扫描机构没有造成冲击与振动，可靠性高。针对超大幅宽红外成像的消畸变要求，研究了扫描及变焦控制系统的位置同步

7、控制技术，并进行了同步控制实验以及外景成像实验，实验结果表明扫描控制系统与变焦控制系统具有很好的时间同步性；两个变焦电机的位置同步控制精度达到±0.003mm，连续变焦过程中成像清晰；验证了扫描变焦成像方式可以消除超大幅宽红外成像的地面畸变。I星载超大幅宽红外成像扫描及变焦控制技术研究本文研究的创新性主要有以下两点：1、研究了低畸变、高扫描效率、高可靠性的红外成像扫描控制技术；2、研究了扫描及变焦控制系统的多电机非线性位置同步控制技术，验证了变焦扫描成像方式可以消除超大幅宽红外成像的地面畸变。以上两个技术的研究成果为将来的空间应用提供了很好的技术积累。关键词：超