机载大视场高光谱成像系统设计与优化

"本文介绍了一种机载大视场高光谱成像系统的设计，旨在满足机载高光谱成像系统的需求。该系统由大视场前置望远系统和基于Offner次镜的改正型Féry棱镜中继系统的高光谱成像仪组成。设计中运用了Zemax的多重组态设计方法，实现了高光谱成像仪的创新设计，并对整个系统进行了集成分析。设计成果的视场达到28°，在5 km的机载高度下，系统的刈幅宽度为2.493 km，地面分辨率可达到0.6 m。左右半视场的全谱段调制传递函数均超过0.6，最大谱线弯曲和谱带弯曲小于0.2 pixel，成像质量优异，接近衍射极限。" 本文详细阐述了一种针对机载应用的新型高光谱成像系统设计。该系统主要由两部分构成：大视场前置望远系统和高光谱成像仪。前置望远系统采用大视场、宽谱段透射式设计，确保了在广阔的观测范围内捕捉到丰富的光谱信息。高光谱成像仪则基于Offner次镜的改正型Féry棱镜，这种设计可以有效校正像差，提高光谱分辨率和成像质量。 在设计过程中，研究人员采用了Zemax软件进行多重组态优化，以实现最佳的光学性能。他们还尝试将Offner次镜的改正型Féry棱镜直接设计为高光谱成像仪的核心组件，这在结构上是一种创新，简化了系统结构并提高了效率。此外，通过将Féry棱镜高光谱成像仪与前置望远系统集成，进行了一体化系统分析，确保了整个系统的协调性和整体性能。 设计的高光谱成像系统具有显著的性能指标。它能覆盖28°的宽广视场，这意味着在空中平台（如无人机或飞机）的高度为5 km时，系统可以覆盖2.493 km的地面宽度，提供高分辨率的图像，地面分辨率达到了0.6 m。这种高分辨率使得系统能够清晰地捕捉和分析地表的细节。此外，系统在左右半视场的全谱段调制传递函数（MTF）均大于0.6，这意味着成像质量接近衍射极限，图像的清晰度和对比度都非常高。最大谱线弯曲和谱带弯曲小于0.2 pixel，进一步证实了系统在光谱分离和成像方面的卓越性能。 这种机载大视场高光谱成像系统设计不仅在结构上有所创新，而且在光学性能上达到了很高的标准。其广泛的应用前景包括环境监测、地质调查、农业评估、城市规划等多个领域，能够为科学研究和实际应用提供强大的数据支持。