正文
我國下一代商業遙感衛星分辨率0.62m，技術來源:遙感5
大F數長焦距空間相機光學係統設計
李旭陽 李英才 馬臻 易紅偉 馮廣軍
摘 要
隨著空間技術的不斷發展,地元分辨率不斷提高,空間相機光學係統的設計不斷提出新的要求。分析了長焦距空間相機光學係統設計過程中需要考慮的問題,研究了大F數、長焦距空間光學係統的設計原理,並進行了光學係統設計。設計了譜段位於500-800nm，焦距f=7200mm，F=14.4的大F數、長焦距的折軸三反光學係統。結果表明,光學係統視場角達到1.6°,在450km的軌道上,地麵幅寬可以達到12.5 km,像元尺寸為10 μm時,地麵像元分辨率達到0.62m,當中心遮攔為6%時,Nyquist頻率(50 lp/mm)處調製傳遞函數(MTF)優於0.38,成像質量達到衍射極限,光學係統畸變量優於0.5%,可以滿足高分辨率空間相機對地觀測的使用要求,同時也驗證了大F數、長焦距光學係統的設計原理。
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近日，2011年國防科技工業工作會議在京召開，中央軍委委員、總裝備部部長常萬全，工業和信息化部黨組書記、部長苗圩出席會議並作講話。工業和信息化部副部長、國防科工局局長陳求發作工作報告。會議表彰了2010年在國防科學技術中做出突出貢獻的先進單位和個人。中科院西安光學精密機械研究所“高分辨率CCD遙感相機”項目榮獲國防科學技術一等獎。
高分辨率遙感相機是遙感衛星的主載荷，主要用於獲取目標的高分辨率、高清晰圖像，為資源勘察、環境監測、城市規劃、防震減災和空間科學試驗服務。西安光機所科研人員堅持自主創新，潛心攻關、奮勇拚搏，突破了長焦距非球麵光學係統及相機對空間環境的適應性、CCD高分辨率推掃成像和高速、實時、低噪聲視頻信號處理等關鍵技術，終於研製成功星載長焦距高分辨率CCD遙感相機，填補了國內空白。相關獲得的圖像清晰、層次豐富、像質優良。它是我國衛星遙感有效載荷研發的重大突破，對增強我國的經濟實力、科技實力和綜合國力具有重大意義
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從英國歸來後，李英才秉承科研工作始終為國家服務的精神，開始轉向空間光學研究，在吸收前人經驗的基礎上自主創新，以豐碩的科研成果報效祖國。
1987年，在五譜段三拚接CCD多光譜相機項目中，李英才設計出了長焦距複消色差物鏡與五譜段分色棱鏡組合的光學係統，國內首次采用全反全透棱鏡實現CCD精密光學拚接，並完成樣機研製。該預研成果後來應用於星載多光譜相機和機載多光譜掃描儀中。
1990年，李英才主持了輕型大畫幅航空相機光學係統的研製，相機具有104°超寬視場，結構緊湊，適合輕型無人機裝載，全視場照相分辨率優於國外同類相機先進水平。該相機定型批量生產交付，得到用戶的好評。該項目獲科技進步二等獎。
1993年，他在載人飛船可見光相機項目中擔任副主任設計師，參與完成相機非球麵光學設計加工，提出大口徑反射式相機消雜光技術方案，設計並研製相機遮光罩及雜光測量儀等，已在神舟飛船可見光相機上得到成功應用。因此他被授予載人航天工程優秀工作者。
1996年，他帶領項目組提出了詳查普查結合型遙感相機係統的創新設計思想。在國家“863”計劃支持下，突破了大口徑、折軸式非球麵三反光學係統、TDI-CCD時鍾驅動與行同步控製、多路平行高速低噪聲視頻信號處理等8項關鍵技術，研製成功我國第一台長焦距、高分辨率、可變焦距CCD遙感相機，性能指標達到國際同類相機先進水平。因此他被授予為國家“863”計劃做出突出貢獻的先進個人，該項成果獲二等獎。
2001年，他和他的團隊首次提出TDI-CCD亞像元成像的設計思想，在中科院預研基金的支持下，完成了關鍵技術攻關和樣機研製，動態推掃成像表明亞像元成像的分辨率提高了1.4倍。該項技術申請了發明專利。
在國家高新工程項目中，他擔任遙感衛星主載荷高分辨率相機的總設計師，提出先進的設計方案和相機研製13項專利技術，打破了國外的技術封鎖，出色完成了長焦距、高分辨相機研製，為我國高分辨率遙感衛星做出了重要貢獻。
在相機研製過程中，他帶領項目組堅持自主創新，頑強拚搏，攻克了相機研製和試驗中的關鍵難題，提高了相機的在軌成像質量和可靠性。衛星傳回的圖像清晰，層次豐富，信噪比高，動態範圍寬，綜合性能達到國際先進水平，使我國的高分辨率光學遙感技術跨入了世界先進行列。對相機獲取的遙感圖像經判讀分析認為，圖像識別和目標確認能力分別提高了45%和70%，得到用戶一致好評。正如全國人大常任委會副委員長、中國科學院院長路甬祥的賀信中指出的：“這是我國對地觀測技術領域的又一新進展；是我院衛星遙感有效載荷研發的又一重大突破；對加強我國航天科技創新體係建設，增強我國經濟實力、科技實力和綜合國力具有重大意義。”
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西安光學精密機械研究所：
欣聞遙感衛星五號發射任務取得圓滿成功，我謹代表院黨組，向你們並通過你們向所有參加此次任務的單位和參研參試人員表示最熱烈的祝賀和最誠摯的慰問!
遙感衛星五號的成功發射，是我國對地觀測技術領域的又一新進展，是我院衛星遙感有效載荷研發的又一重大突破，對加強我國航天科技創新體係建設，增強我國的經濟實力、科技實力和綜合國力，具有重大意義。
大F數長焦距空間相機光學係統設計
李旭陽 李英才 馬臻 易紅偉 馮廣軍
摘 要
隨著空間技術的不斷發展,地元分辨率不斷提高,空間相機光學係統的設計不斷提出新的要求。分析了長焦距空間相機光學係統設計過程中需要考慮的問題,研究了大F數、長焦距空間光學係統的設計原理,並進行了光學係統設計。設計了譜段位於500-800nm，焦距f=7200mm，F=14.4的大F數、長焦距的折軸三反光學係統。結果表明,光學係統視場角達到1.6°,在450km的軌道上,地麵幅寬可以達到12.5 km,像元尺寸為10 μm時,地麵像元分辨率達到0.62m,當中心遮攔為6%時,Nyquist頻率(50 lp/mm)處調製傳遞函數(MTF)優於0.38,成像質量達到衍射極限,光學係統畸變量優於0.5%,可以滿足高分辨率空間相機對地觀測的使用要求,同時也驗證了大F數、長焦距光學係統的設計原理。
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近日，2011年國防科技工業工作會議在京召開，中央軍委委員、總裝備部部長常萬全，工業和信息化部黨組書記、部長苗圩出席會議並作講話。工業和信息化部副部長、國防科工局局長陳求發作工作報告。會議表彰了2010年在國防科學技術中做出突出貢獻的先進單位和個人。中科院西安光學精密機械研究所“高分辨率CCD遙感相機”項目榮獲國防科學技術一等獎。
高分辨率遙感相機是遙感衛星的主載荷，主要用於獲取目標的高分辨率、高清晰圖像，為資源勘察、環境監測、城市規劃、防震減災和空間科學試驗服務。西安光機所科研人員堅持自主創新，潛心攻關、奮勇拚搏，突破了長焦距非球麵光學係統及相機對空間環境的適應性、CCD高分辨率推掃成像和高速、實時、低噪聲視頻信號處理等關鍵技術，終於研製成功星載長焦距高分辨率CCD遙感相機，填補了國內空白。相關獲得的圖像清晰、層次豐富、像質優良。它是我國衛星遙感有效載荷研發的重大突破，對增強我國的經濟實力、科技實力和綜合國力具有重大意義
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從英國歸來後，李英才秉承科研工作始終為國家服務的精神，開始轉向空間光學研究，在吸收前人經驗的基礎上自主創新，以豐碩的科研成果報效祖國。
1987年，在五譜段三拚接CCD多光譜相機項目中，李英才設計出了長焦距複消色差物鏡與五譜段分色棱鏡組合的光學係統，國內首次采用全反全透棱鏡實現CCD精密光學拚接，並完成樣機研製。該預研成果後來應用於星載多光譜相機和機載多光譜掃描儀中。
1990年，李英才主持了輕型大畫幅航空相機光學係統的研製，相機具有104°超寬視場，結構緊湊，適合輕型無人機裝載，全視場照相分辨率優於國外同類相機先進水平。該相機定型批量生產交付，得到用戶的好評。該項目獲科技進步二等獎。
1993年，他在載人飛船可見光相機項目中擔任副主任設計師，參與完成相機非球麵光學設計加工，提出大口徑反射式相機消雜光技術方案，設計並研製相機遮光罩及雜光測量儀等，已在神舟飛船可見光相機上得到成功應用。因此他被授予載人航天工程優秀工作者。
1996年，他帶領項目組提出了詳查普查結合型遙感相機係統的創新設計思想。在國家“863”計劃支持下，突破了大口徑、折軸式非球麵三反光學係統、TDI-CCD時鍾驅動與行同步控製、多路平行高速低噪聲視頻信號處理等8項關鍵技術，研製成功我國第一台長焦距、高分辨率、可變焦距CCD遙感相機，性能指標達到國際同類相機先進水平。因此他被授予為國家“863”計劃做出突出貢獻的先進個人，該項成果獲二等獎。
2001年，他和他的團隊首次提出TDI-CCD亞像元成像的設計思想，在中科院預研基金的支持下，完成了關鍵技術攻關和樣機研製，動態推掃成像表明亞像元成像的分辨率提高了1.4倍。該項技術申請了發明專利。
在國家高新工程項目中，他擔任遙感衛星主載荷高分辨率相機的總設計師，提出先進的設計方案和相機研製13項專利技術，打破了國外的技術封鎖，出色完成了長焦距、高分辨相機研製，為我國高分辨率遙感衛星做出了重要貢獻。
在相機研製過程中，他帶領項目組堅持自主創新，頑強拚搏，攻克了相機研製和試驗中的關鍵難題，提高了相機的在軌成像質量和可靠性。衛星傳回的圖像清晰，層次豐富，信噪比高，動態範圍寬，綜合性能達到國際先進水平，使我國的高分辨率光學遙感技術跨入了世界先進行列。對相機獲取的遙感圖像經判讀分析認為，圖像識別和目標確認能力分別提高了45%和70%，得到用戶一致好評。正如全國人大常任委會副委員長、中國科學院院長路甬祥的賀信中指出的：“這是我國對地觀測技術領域的又一新進展；是我院衛星遙感有效載荷研發的又一重大突破；對加強我國航天科技創新體係建設，增強我國經濟實力、科技實力和綜合國力具有重大意義。”
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西安光學精密機械研究所：
欣聞遙感衛星五號發射任務取得圓滿成功，我謹代表院黨組，向你們並通過你們向所有參加此次任務的單位和參研參試人員表示最熱烈的祝賀和最誠摯的慰問!
遙感衛星五號的成功發射，是我國對地觀測技術領域的又一新進展，是我院衛星遙感有效載荷研發的又一重大突破，對加強我國航天科技創新體係建設，增強我國的經濟實力、科技實力和綜合國力，具有重大意義。
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