[發(fā)明專利]高分辨率立體測繪偵察一體化相機光學系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310287532.3
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103345062A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯天瑾
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B17/08;G02B5/10;G02B1/00;G01C11/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間光學遙感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于可見光近紅外譜段高分辨率相機和激光測距的偵測一體化相機光學成像系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

航天遙感偵察及測繪技術(shù)是航天對地觀測成像技術(shù)中的一個重要組成部分，也是軍事航天作戰(zhàn)保障系統(tǒng)的一個重要組成部分，是非常重要的一類對地成像觀測衛(wèi)星，并逐漸從軍事作戰(zhàn)航天保障體系的重要組成部分發(fā)展成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭作戰(zhàn)能力的重要組成部分；同時，在民用測繪技術(shù)領(lǐng)域，也是一種現(xiàn)代化高效的測繪技術(shù)。

航天對地觀測載荷主要包括：可見光CCD相機、紅外相機、合成孔徑雷達，部分衛(wèi)星平臺裝備了激光、微波測高儀等。可見光CCD相機是目前世界各國進行對地觀測的主要技術(shù)手段，主要用于解決目標二維信息的獲取，其平面定位精度較高，為了獲得觀測目標的高程信息，一般采取同軌、異軌重疊成像技術(shù)，相應(yīng)地要求相機平臺具有靈活的機動控制能力；星載激光三維成像雷達是上世紀90年代發(fā)展起來的一種主動成像觀測技術(shù)，具備全天時工作能力，被認為是生成被測表面數(shù)字高程模型的最佳手段。作為激光雷達的一種，激光測距儀的發(fā)射頻率低，通常作為圖像平差的輔助手段，但其結(jié)構(gòu)簡單，體積重量小，發(fā)射成本及技術(shù)成本低，因此被廣泛采用。

美國是航天遙感強國，在空間探測領(lǐng)域占有主導(dǎo)地位，美國高分辨率可見光成像偵察相機主要有KH-11、KH-12、Geoeye-1和WorldView?II，借助衛(wèi)星平臺的姿態(tài)敏捷機動能力，通過同軌立體成像方式進行地表三維測繪，其不足是一次軌道運行中只能對特定區(qū)域進行三維測繪，觀測范圍有限。激光三維成像雷達比較有代表性的是美國2003年發(fā)射的對地觀測的激光雷達探測衛(wèi)星ICESat，配備了地球科學激光測高系統(tǒng)，采用“單波束無掃描”工作方式，利用衛(wèi)星位置及姿態(tài)調(diào)整來獲得覆蓋一定面積的高程數(shù)據(jù)，作業(yè)效率較低。美國在2008年發(fā)射的月球偵察軌道器（LRO）衛(wèi)星配備月球軌道器激光高度表(LOLA)，首次采用多波束的激光探測+多元陣列接收方式，大大提高了作業(yè)效率，使得更新測量周期從原來的三年縮短到一年。

目前成功應(yīng)用的長焦距高分辨率偵測衛(wèi)星通常采用多線陣高分辨率可見光CCD相機的總體布局，極少數(shù)的衛(wèi)星采用高分辨率可見光成像系統(tǒng)與激光測距系統(tǒng)相結(jié)合的型式，但都是采用相互獨立的兩個光學系統(tǒng)來實現(xiàn)的。高分辨率可見光CCD相機光學系統(tǒng)主要采用兩種結(jié)構(gòu)型式，即同軸反射式三鏡消像散系統(tǒng)TMA和離軸TMA系統(tǒng)，在相同焦距、孔徑和視場角條件下，同軸TMA具有體積小、重量輕的優(yōu)點，但無法實現(xiàn)大視場角、畸變大；離軸TMA往往使反射鏡加工難度極大，反射鏡加工、檢測和裝調(diào)都不能采用傳統(tǒng)的方法，其突出缺點是體積重量大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了高分辨率立體測繪偵察一體化相機光學系統(tǒng)，特別適合高分辨率可見光CCD相機和激光測距的偵察測繪一體化遙感器的成像光學系統(tǒng)，實現(xiàn)了對大范圍地物的高分辨率、高精度偵察和立體測繪功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：高分辨率立體測繪偵察一體化相機光學系統(tǒng)，包括兩個或三個相同的相機光學系統(tǒng)；所述的相機光學系統(tǒng)包括高分辨率立體偵測之路和激光測距之路；所述的高分辨率立體偵測之路包括主鏡、次鏡、平面反射鏡、三鏡、四鏡、高分辨率立體偵測焦面器件；激光測距支路包括主鏡、主鏡、中繼透鏡組和激光測距支路焦面接收器件；其中主鏡和次鏡同軸，主鏡和次鏡的光軸作為相機光學系統(tǒng)的主光軸；高分辨率立體偵測之路和激光測距之路不共視場，且共用主鏡、次鏡；高分辨率立體偵測支路利用軸外光束，激光測距支路使用軸上光束；來自高分辨率立體偵測支路視場內(nèi)的光線經(jīng)過主鏡、次鏡反射之后，透過通光孔到達平面反射鏡；平面反射鏡法線位于相機光學系統(tǒng)子午面內(nèi)，與主光軸夾角為沿順時針45°；由平面反射鏡反射的高分辨率立體偵測支路光束經(jīng)三鏡和四鏡到達高分辨率立體偵測支路焦面器件處成像；來自激光測距支路視場內(nèi)的光束經(jīng)過主鏡、次鏡反射之后，透過激光測距支路中繼透鏡組，匯聚至激光測距支路接收器件處成像；激光測距支路中繼透鏡組的光軸與主光軸重合，三鏡和四鏡光軸在子午面內(nèi)，與主光軸垂直。

所述的相機光學系統(tǒng)入瞳位于主鏡上，主鏡、次鏡的面形均為非球面反射鏡；三鏡和四鏡為非球面反射鏡。

所述的主鏡、次鏡的通光口徑為圓對稱面或者非圓對稱面；高分辨率立體偵測支路光束三鏡和四鏡通光口徑為矩形。

所述的主鏡、次鏡、平面反射鏡的材料為碳化硅，或微晶玻璃，或熔石英。