【摘 要】
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经济的快速增长下,空间对地遥感在国防和国民经济中的应用越加广泛,高精度、高清晰度的对地成像和遥感技术在旅游、交通运输、环境监测、地理测绘、灾害预防等方面需求量巨大,遥感光学系统的视场由几度扩大到了十几度甚至几十度,地元分辨率从几百米提高到几十米甚至几米。在地面目标信息一定的情况下,为了及时得到可靠的信息,需要多星并轨和高重返周期,提高刈幅宽度,光学系统则需要更大的焦距和视场。传统的光学系统使用面阵
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经济的快速增长下,空间对地遥感在国防和国民经济中的应用越加广泛,高精度、高清晰度的对地成像和遥感技术在旅游、交通运输、环境监测、地理测绘、灾害预防等方面需求量巨大,遥感光学系统的视场由几度扩大到了十几度甚至几十度,地元分辨率从几百米提高到几十米甚至几米。在地面目标信息一定的情况下,为了及时得到可靠的信息,需要多星并轨和高重返周期,提高刈幅宽度,光学系统则需要更大的焦距和视场。传统的光学系统使用面阵探测器,该探测器兼顾了子午和弧矢方向的视场,在系统焦距增大的情况下,视场仍不能得到有效扩展,离轴推扫光学系统主要考虑子午或弧矢方向。同时,在使用自由曲面的基础上,系统能够对宽光束引起的高阶像差和大视场所带来的像散、彗差等进行有效的校正,因此在增大焦距的同时视场大小得以有效提升。本文设计了基于自由曲面的大视场推扫式光学系统进行,根据三阶像差理论求取光学系统的初始结构,利用遗传算法对初始结构进行优化,最终得到了入瞳直径为150mm,焦距为1300mm,视场为20°×2°的非球面离轴三反光学系统,利用灵敏度函数的蒙特卡罗公差分析理论,完成了对非球面离轴三反光学系统的装配误差分析。介绍了面型的自由曲面在精度上和加工上的差异,引入Zernike自由曲面模型,优化了所设计的非球面离轴三反光学系统,探索了在焦距一定情况下,视场及通光口径的拓展性能。最终完成了入瞳直径162.5mm,焦距为1300mm,视场为35°×2°的自由曲面离轴三反光学系统,利用ZEMAX完成了公差分析,给出了优化后的光学系统误差分析结果。针对长条形非球面和自由曲面光学元件的设计,根据球差匹配的非球面镜补偿器设计方法,完成了大口径非球面镜检测的补偿器设计。根据数字全息零位检测(CGH)法,结合光线追迹法完成了自由曲面主镜CGH补偿板的设计。利用ZEMAX-ZPL和MATLAB仿真CGH相位函数与二元光栅环带,完成检测方案的设计,最后利用ZEMAX验证了CGH的正确性。
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