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大视场空间可见光相机的杂散光分析与抑制

陈醒 胡春晖 颜昌翔 孔德成

陈醒, 胡春晖, 颜昌翔, 孔德成. 大视场空间可见光相机的杂散光分析与抑制[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(3): 678-685. doi: 10.3788/CO.20191203.0678
引用本文: 陈醒, 胡春晖, 颜昌翔, 孔德成. 大视场空间可见光相机的杂散光分析与抑制[J]. 中国光学(中英文), 2019, 12(3): 678-685. doi: 10.3788/CO.20191203.0678
CHEN Xing, HU Chun-hui, YAN Chang-xiang, KONG De-cheng. Analysis and suppression of space stray light of visible cameras with wide field of view[J]. Chinese Optics, 2019, 12(3): 678-685. doi: 10.3788/CO.20191203.0678
Citation: CHEN Xing, HU Chun-hui, YAN Chang-xiang, KONG De-cheng. Analysis and suppression of space stray light of visible cameras with wide field of view[J]. Chinese Optics, 2019, 12(3): 678-685. doi: 10.3788/CO.20191203.0678

大视场空间可见光相机的杂散光分析与抑制

doi: 10.3788/CO.20191203.0678
基金项目: 

国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目 2011AA12A103

详细信息
    作者简介:

    陈醒(1993-), 女, 吉林公主岭人, 硕士研究生, 2015年于山东大学获理学学士学位, 主要从事可见光光学系统的杂散光分析工作。E-mail:CXing712@163.com

    胡春晖(1986-), 男, 河南信阳人, 助理研究员, 2013年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位, 从事光学系统装调、检测方面的研究。E-mail:famous226@163.com

    颜昌翔(1973—),男,湖北洪湖人,博士,研究员,2001年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事空间光学遥感技术方面的研究。E-mail:yancx@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: V245.6;V19

Analysis and suppression of space stray light of visible cameras with wide field of view

Funds: 

National High Technology Research and Development Program(863 Program) 2011AA12A103

More Information
  • 摘要: 空间相机用于对空间暗弱目标的探测与监视,视场外杂散光的进入会降低像面对比度,严重时甚至会导致相机无法工作。大视场光学系统对杂散光尤为敏感。针对此问题,本文以一大视场空间相机为例,分析其杂散光的来源,通过研究杂光传输机理并总结抑制措施。为满足其轻小型的指标要求,在尺寸限制下分别设计挡光环垂直光轴和倾斜的遮光罩及光阑等消杂光结构。TracePro软件仿真结果显示:倾斜挡光环遮光罩的效果更好,该结构在杂光抑制角外的的点源透过率(PST)均达到10-7量级,系统至少可以满足6.5星等目标的探测,验证本文消杂光结构方案的有效性,为后续的系统优化提供了一定的参考。

     

  • 图 1  大视场同心光学系统布局图

    Figure 1.  Layout of concentric optical system with large field of view

    图 2  辐射能量传递理论模型

    Figure 2.  Model of radiation energy transfer theory

    图 3  典型遮光罩几何结构图

    Figure 3.  Geometric structure of typical baffle

    图 4  竖直挡光环设计原理图

    Figure 4.  Design principle of vertical vanes

    图 5  倾斜挡光环设计原理图

    Figure 5.  Design principle of lean vanes

    图 6  遮光罩实体结构模型

    Figure 6.  Solid models of outer baffle

    图 7  消杂光光阑的设计

    Figure 7.  Design of stray light elimination stop

    图 8  杂散光分析模型

    Figure 8.  Stray light analysis model

    图 9  俯仰(30°)与方位(60°)方向的视场外PST曲线

    Figure 9.  PST curves of the system

    表  1  最终遮光罩设计结果

    Table  1.   Final design results of baffle

    ω/(°) D0/mm D1/mm L/mm
    30° 114 204.9 95
    60° 154 264.1 95
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    表  2  两视场方位可达到的探测星等

    Table  2.   Detectability of two fields of view

    视场角ω 太阳规避角θ 抑制角外PST(θ) 可探测星等
    30° 50° 2.34×10-7 ≥6.5
    60° 70° 8.43×10-8 ≥7.5
    下载: 导出CSV
  • [1] 梁斌, 朱海龙, 张涛, 等.星敏感器技术研究现状及发展趋势[J].中国光学, 2016, 9(1):16-29. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hwyjggc2007z2138

    LIANG B, ZHU H L, ZHANG T, et al.. Research status and development tendency of star tracker technique[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1):16-29.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hwyjggc2007z2138
    [2] 王秀红, 李俊峰, 王彦荣.天基照相机监测空间目标定轨方法及精度分析[J].光学 精密工程, 2013, 32(6):1394-1403. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201306004

    WANG X H, LI J F, WANG Y R. Orbit determination and precision analysis of space object with space-based camera[J]. Opt. Precision Eng., 2013, 32(6):1394-1403.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201306004
    [3] 张科科, 周峰, 傅丹鹰.天基空间目标监视可见光遥感器研究[J].航天返回与遥感, 2005, 26(4):10-14. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2005.04.003

    ZHANG K K, ZHOU F, FU D Y. Research on space-based surveillance visible sensor[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2005, 26(4):10-14.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2005.04.003
    [4] 冯凯, 李丹明, 李居平, 等.空间碎片监测及清除技术研究进展[J].真空与低温, 2016, 22(6):335-339. doi: 10.3969/j.issn.1006-7086.2016.06.005

    FENG K, LI D M, LI J P, et al.. Research status of space debris surveillance and removal techniques[J]. Vacuum & Cryogenics, 2016, 22(6):335-339.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-7086.2016.06.005
    [5] 颜昌翔, 许杰, 彭岩.离轴三反空间光学望远系统的杂散光抑制[J].光学 精密工程, 2010, 18(2):289-293. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201002002

    YAN CH X, XU J, PENG Y. Stray light suppression of three-mirror off-axis space optical telescope[J]. Opt. Precision Eng., 2010, 18(2):289-293.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201002002
    [6] 徐亮, 赵建科, 周艳, 等.长焦距、大视场空间观测相机光学系统设计[J].光学与光电技术, 2010, 8(6):64-66. doi: 10.3969/j.issn.1672-3392.2010.06.017

    XU L, ZHAO J K, ZHOU Y, et al.. Optical design of space observation camera with long focal length and wide field of view[J]. Optics & Optoelectronic Technology, 2010, 8(6):64-66.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1672-3392.2010.06.017
    [7] 廖志波, 伏瑞敏, 宗肖颖.星敏感器反射式遮光罩设计[J].红外与激光工程, 2011, 40(1):66-69. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2011.01.014

    LIAO ZH B, FU R M, ZONG X Y. Design of specular baffle of star sensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(1):66-69.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2011.01.014
    [8] 石栋梁, 肖琴, 练敏隆.高分四号-卫星相机杂散光分析与抑制技术研究[J].航天返回与遥感, 2016, 37(5):49-57. doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2016.05.006

    SHI D L, XIAO Q, LIAN M L. Research on stray light analysis and restrain of GF-4 satellite camera[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2016, 37(5):49-57.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1009-8518.2016.05.006
    [9] PETERSON G L, JOHNSTON S C, THOMAS J. "Specular baffles"[J]. Proceedings of SPIE, 1992, 1753:65-76. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLHY/NSTL_HYCC025736758/
    [10] 王威, 陈凡胜.静止轨道对地观测成像系统外遮光罩设计[J].中国激光, 2014, 41(9):0916001. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zgjg201409045

    WANG W, CHEN F SH. Design of baffle of imaging system for earth observation on geostationary earth orbit[J]. Chinese Journal of Lasers, 2014, 41(9):0916001.(in Chinese) http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zgjg201409045
    [11] 陆强.地球同步轨道空间相机杂散光分析与应用技术的研究[D].上海: 中国科学院上海技术物理研究所, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80143-1016728585.htm

    LU Q. Study on stray light analysis and application technology of the earth synchronous orbit space camera[D]. Shanghai: Shanghai Institute of Technical Physics, 2016.(in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80143-1016728585.htm
    [12] 李芸, 相里斌, 李立波.一种新型空间相机遮光罩的设计与仿真[J].光电工程, 2010, 37(7):41-45. doi: 10.3969/j.issn.1003-501X.2010.07.008

    LI Y, XIANG L B, LI L B. Design and simulation of the baffle of a new type space camera[J]. Opto-Electronic Engineering, 2010, 37(7):41-45.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1003-501X.2010.07.008
    [13] 《光学仪器设计手册》编辑组.光学仪器设计手册(下)[M].北京:国防工业出版社, 1971:618-621.

    Editorial of Optical Instrument Design Manual. Optical Instrument Design Manual(part 2)[M]. Beijing:National Defense Industry Press, 1971:618-621.(in Chinese)
    [14] 杨利华, 樊学武, 余舜京, 等.一种新型挡光环的设计[J].应用光学, 2010, 31(1):29-33. doi: 10.3969/j.issn.1002-2082.2010.01.007

    YANG L H, FAN X W, YU SH J, et al.. Design of a new-style vane[J]. Journal of Applied Optics, 2010, 31(1):29-33.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1002-2082.2010.01.007
    [15] 李洋, 廖志波, 穆生博, 等.星敏感器杂散光抑制方法及仿真分析[J].北京航空航天大学学报, 2016, 42(12):2660-2664. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bjhkhtdxxb201612009

    LI Y, LIAO ZH B, MU SH B, et al.. Stray light suppressing technique and simulation for star sensor[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(12):2660- 2664.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bjhkhtdxxb201612009
    [16] 钟兴, 贾继强.空间相机消杂光设计及仿真[J].光学 精密工程, 2009, 17(3):621-625. doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2009.03.025

    ZHONG X, JIA J Q. Stray light removing design and simulation of spaceborne camera[J]. Opt. Precision. Eng., 2009, 17(3):621-625.(in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1004-924X.2009.03.025
    [17] 姚亚萍.天文知识[M].苏州:苏州大学出版社, 1999:21-28.

    YAO Y P. Astronomy[M]. Suzhou:Soochow University Press, 1999:21-28.(in Chinese)
    [18] SUN CH M, ZHAO F, ZHANG Z. Stray light analysis of large aperture optical telescope using Tracepro[J]. Proceedings of SPIE, 2014, 9298:929181F. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=CC0214758308
    [19] 舒星星, 刘卫林.可见光光学系统杂散光折制[J].激光与光电子学进展, 2014, 51(12):121101.

    SHU X X, LIU W L. Suppression of stray light in visible light optical system[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2014, 51(12):121101.(in Chinese)
    [20] 李婷, 杨建峰, 阮萍, 等.月基光学天文望远镜(LOT)的杂散光分析[J].光子学报, 2007, 36(增刊):136-141. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y1613790

    LI T, YANG J F, RUAN P, et al.. Stray light analysis of lunar based astronomy optical telescope[J]. Acta Photonica Sinica, 2007, 36(s1):136-141.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y1613790
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-05
  • 修回日期:  2018-12-01
  • 刊出日期:  2019-06-01

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