成像光谱仪扫描镜运动准确度测量.pdf

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1、第41卷第2期光子学报V01．4lNo．22012年2月ACTAPH()T()NICASINICAFebruarv2012doi：10．3788／gzxb20124102．0185成像光谱仪扫描镜运动准确度测量汪逸群h2，颜昌翔1，贾平1(1中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033)(2中国科学院研究生院。北京100049)摘要：扫描镜的运动准确度直接影响成像光谱仪对地运动补偿效果，为此研制了一套扫描镜运动准确度测试设备对其进行测量．首先分析了扫描镜的运动补偿原理，从理论上给出了运动补偿曲线；随后以15m地面像元分辨率和系统调制传递函数下降2％作为依据分别确定了扫描镜的位置和速

2、度准确度要求，列出了扫描镜运动补偿倍数与相对转速误差的关系．基于检定设备1／3法则提出了扫描镜运动准确度测试设备技术指标要求，接着以o．8”绝对式光电编码器为核心建立了一套扫描镜运动准确度测试装置，并从测试方法误差和编码器测角误差两方面对测试装置测角和测速准确度进行了详细分析；最后采用研制的测试装置对扫描镜的运动准确度进行了测量试验．试验结果表明扫描镜位置准确度优于3”±1．2”，4倍补偿时速度准确度为5．6％±1．29％，6倍补偿时速度准确度为3．85％±1．29％，满足成像光谱仪对扫描镜运动准确度要求．外场成像图像证明本文提出的扫描镜运动准确度测量方法及设备可用于成像光谱仪扫描镜的性能检测

3、与验收．关键词：准确度测量；运动补偿；光电编码器；成像光谱仪中图分类号：TH74文献标识码：A文章编号：1004—4213(2012)02—0185—5扫描镜技术指标要求，并为后期的扫描镜性能检测O引言提供理论指导．在此基础上必须建立一套合理的运成像光谱仪是一种“谱像合一”的仪器，它利用动准确度测试设备。对扫描镜准确度指标进行测试，狭缝将望远镜和光谱仪有机地结合在一起。将景物作为扫描镜性能调试依据和产品验收根据．像元的光谱分成几十乃至上百个光谱通道，从而使1扫描镜运动补偿准确度要求其焦平面阵列探测器每个像元所接收到的能量大为降低，直接导致信噪比严重下降，无法满足应用需1．1扫描镜运动补偿原理求

4、．根据信噪比方程，要获得更高的信噪比。在系统运动补偿原理如图1．扫描镜与卫星飞行方向的光学参量和探测器都确定的情况下，只有通过增成45。放置时成像光谱仪将对星下点进行观测，在加积分时间来实现u巧J．扫描镜运动补偿是增加积分卫星平台位于1位置时将扫描镜转动口／2角，使瞬时间的有效方法之一，高分辨率成像光谱仪(High时视场光轴沿飞行方向前摆口角指向星下点B。前ResolutionImagingSpectrometer，HlRIS)L“、沿海方的D，点，然后控制扫描镜按一定规律转动，使光海洋成像光谱仪(Costal()cean1maging轴逆飞行方向相对卫星平台后摆，到3位置完成一Spectro

5、meter，C()1S)[7：等成像光谱仪都采用了该方次运动补偿．然后再迅速{I{lI整扫描镜，使光轴由C。法增加积分时间以提高信噪比．这也是当前焦平面器件帧频限制条件下为获得高分辨率图像不得不采取的措施L8j．扫描镜的运动误差(包括位置误差和速度误差)会导致地面日标在成像光谱仪像面上产生像移残差，降低系统传甬，因此扫描机构必须具有足够的运动准确度．而扫描镜的准确度要求直接决定了其研制成本、发射重量和研制周期。因此有必要从理论上图1运动补偿示意图Fig．1Sketchmapofmotioncompensation分析运动误差对成像质量的影响。从而提出合理的基金项目：国防颁研基金(No．()50

6、01SA050)资助第一作者：汪逸群(1983一)·男。助理研究员·博十研究生·主要研究向为空问精密扫描机构设计与检测．Email：hitwyq@yah00．com．cn导师：贾平(1964一)．男．研究员．博士．主要研究向为航空成像与测鲢仪器技术．Email：jiap@ciomp．ac．cn收藕日期：20l卜03一01；修回日期：201l—04一19光子学报卷点指向B．点，进行下一次运动补偿．若平台I_I_il位时CCD的曝光时间，u是由于扫描镜运动引起的置飞行到3位置对应的星下点距离为A，B·一”L。地物在ccD上像移速度，△w。是像移速度匹配残对应的地面观测距离c，D。一L，则相对于不作

7、运动差．显然有补偿情况，探测器对目标区域c；D．的积分时间增啡一u一一詈(1)大为一倍．设光学系统焦距为，．扫描镜理论转速为m，其结合卫星飞行参量，推导出扫描镜运动补偿曲转速误差为△m，可得线如图2．扫描镜应严格按理论曲线所示的位置及”一1对应的角速度运动，实现像移补偿；否则，在成像光口，一2，0一!—二u(2)"谱仪焦平面上就会产生像移匹配误差，降低系统传综合式(1)和式(2)得萌．然而．理想的