[發明專利]同步軌道中波紅外折反式被動無熱化高分辨率遙感相機

在審

• 申請號: 202211249618.2
• 申請日: 2022-10-12
• 公開（公告）號: CN115524836A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 邢陽光;劉越;李林
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;G02B13/14
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王松

本發明公開的同步軌道中波紅外折反式被動無熱化高分辨率遙感相機，屬于紅外對地遙感觀測領域。本發明為地球同步軌道中波紅外折反式被動無熱化高分辨率空間遙感相機，包括卡塞格林雙反系統、后置六片式球面透鏡組、視場光闌件、光路折疊鏡、冷光闌、探測器。本發明能夠獲得大單景幅寬下地面像元分辨率空間遙感相機圖像，同時通過分配紅外光學系統中各透鏡的正負光焦度來實現對系統熱離焦的補償，實現被動無熱化成像，并兼顧對紅外光學系統中色差的校正；采用被動無熱化成像使得系統結構簡單，不需要復雜的運動部件即可實現寬溫度范圍內的熱像差校正。本發明具有空間分辨率高、覆蓋面積寬、全天時工作、溫度工作范圍寬和色差小的優點。

技術領域

本發明涉及一種運行在地球同步軌道上且具有被動無熱化工作模式的中波紅外折反式高分辨率空間遙感相機，屬于紅外對地遙感觀測領域。

背景技術

航天對地觀測是利用先進的空間光學遙感相機對相關目標進行識別與信息獲取的前沿技術，并為減災、氣象、地震、林業、環保以及其他行業業務系統的應急需要提供技術支持。可見光對地觀測是目前應用最為廣泛和成熟的空間遙感技術，可見光光學系統接收的能量來自于目標物體對可見光的反射或者物體自身發出的可見光，這使得可見光觀測只能在目標處于晝間時進行，受目標地區的氣象條件影響極大。紅外光學系統接收來自于目標物體自身的紅外輻射能量，克服了可見光系統對時間的依賴，可以全天時工作，同時由于長波優良的穿透能力，紅外系統可以在云霧等不良天氣狀況下進行觀測。

在空間紅外遙感相機的應用中，溫度的劇烈變化是對系統的一項嚴峻考驗。溫度的變化將導致光學系統各元件的性質發生改變，如透鏡表面的曲率半徑、鏡片厚度、透鏡折射率、鏡筒長度等，這些由于熱效應而導致的改變會產生嚴重的熱離焦，從而使紅外相機系統的像質下降，圖像模糊不清，對比度下降，最終影響整機系統的性能，因此需要采用無熱化的技術來消除溫度的影響。

因此，如何提供一種空間紅外遙感相機，使其同時具備高空間分辨率、寬覆蓋面積、全天時工作模式、寬溫度工作范圍和消色差的觀測性能，成為本領域亟待解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種地球同步軌道中波紅外折反式被動無熱化高分辨率空間遙感相機，獲得大單景幅寬下地面像元分辨率空間遙感相機圖像，同時通過分配紅外光學系統中各透鏡的正負光焦度來實現對系統熱離焦的補償，實現被動無熱化成像，并兼顧對紅外光學系統中色差的校正。本發明具有空間分辨率高、覆蓋面積寬、全天時工作、溫度工作范圍寬和色差小的優點。所述大單景幅寬下的地面像元分辨率空間遙感相機圖像能夠達到200米級地面像元分辨率。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明公開的同步軌道中波紅外折反式被動無熱化高分辨率遙感相機，為地球同步軌道中波紅外折反式被動無熱化高分辨率空間遙感相機，包括卡塞格林雙反系統、后置六片式球面透鏡組、視場光闌件、光路折疊鏡、冷光闌、探測器。所述卡塞格林雙反系統采用拋物面型第一面主反射鏡和旋轉雙曲面型第二面次反射鏡，入射的中波紅外光束經第一面主反射鏡、第二面次反射鏡兩次反射實現對中波紅外光束的球差校正，由于采用卡塞格林雙反系統使空間遙感相機具有大光學口徑。后置六片式球面透鏡組主要由第三片透鏡、第四片透鏡、第七片透鏡、第八片透鏡、第九片透鏡和第十片透鏡構成，后置六片式球面透鏡組通過鏡片的光焦度分配對卡塞格林雙反系統出射的中波紅外光束進行色差校正；且第三片透鏡、第七片透鏡和第九片透鏡由光學硅材料制成，第四片透鏡和第八片透鏡由光學砷化鎵材料制成，第十片透鏡由光學鍺材料制成，通過匹配上述鏡片折射率、膨脹系數實現被動無熱化成像。視場光闌為中心開孔的第五片元件。通過光路折疊鏡的光路轉折壓縮分辨率空間遙感相機體積。冷光闌為探測器的冷光闌，對應第十一片透鏡，采用光學鍺材料制成平板玻璃，位于高分辨率空間遙感相機的出瞳位置處，出瞳與探測器冷光闌相匹配實現冷光闌效應以抑制系高分辨率空間遙感相機自身的雜散熱輻射。第十二面聚焦成像面為聚焦成像面，是探測器所在的位置。

為提升被動無熱化成像效果，作為優選，匹配上述鏡片折射率、膨脹系數實現被動無熱化成像，實現方法如下：