【摘要】：目前對(duì)于能夠搭載于小型化無(wú)人機(jī)平臺(tái)上,可對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)獲取光譜圖像,進(jìn)行目標(biāo)的識(shí)別和跟蹤的系統(tǒng)有著迫切的應(yīng)用需求。本論文針對(duì)這種需求,依托某項(xiàng)目,研究了一種緊湊型的分孔徑快照式光譜成像系統(tǒng),該系統(tǒng)可對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)獲取光譜圖像信息,具有體積小、重量輕、幀頻高等優(yōu)點(diǎn),可對(duì)遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行快速識(shí)別和跟蹤,并且可搭載于多種平臺(tái)上,有著廣闊的應(yīng)用前景。本文通過(guò)深入分析比較分孔徑光譜成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,針對(duì)具體的任務(wù)需求,提出了一種基于會(huì)聚光分孔徑結(jié)構(gòu)形式的快照式光譜成像系統(tǒng),本系統(tǒng)是一種全新的系統(tǒng),需要對(duì)此進(jìn)行深入研究:1.從傅里葉光學(xué)的角度研究了這種系統(tǒng)的傳遞函數(shù)特性,根據(jù)成像鏈知識(shí),進(jìn)行全系統(tǒng)的建模,揭示了這種系統(tǒng)的成像特點(diǎn)。2.根據(jù)像差理論,研究了會(huì)聚光分孔徑光學(xué)系統(tǒng)的像差特性,對(duì)光譜成像系統(tǒng)有著重要影響的色差進(jìn)行了詳細(xì)分析,確定了整體系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)參數(shù)。3.基于整體系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)參數(shù),設(shè)計(jì)了緊湊型分孔徑光譜成像系統(tǒng)原理樣機(jī),對(duì)該原理樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)。為了驗(yàn)證系統(tǒng)性能,一方面將其搭載于六自由度物理平臺(tái)上開(kāi)展仿真飛行實(shí)驗(yàn),證明了該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性;一方面將其搭載于運(yùn)動(dòng)艦船上開(kāi)展了遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的實(shí)時(shí)識(shí)別和跟蹤實(shí)驗(yàn),取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,充分證明了該系統(tǒng)可搭載于小型無(wú)人機(jī)等平臺(tái)上,對(duì)遠(yuǎn)距離運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別和跟蹤。論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:1.提出了一種基于會(huì)聚光分孔徑結(jié)構(gòu)形式的快照型光譜成像系統(tǒng)目前已有的結(jié)構(gòu)形式的快照光譜成像系統(tǒng),均無(wú)法滿足應(yīng)用要求,本文提出了一種基于會(huì)聚光分孔徑結(jié)構(gòu)形式的光譜成像系統(tǒng),這種結(jié)構(gòu)形式的光譜成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、幀頻高,完全滿足遠(yuǎn)距離小目標(biāo)的高速光譜圖像信息獲取的要求,可搭載于小型無(wú)人機(jī)或?qū)w積有著嚴(yán)格限制的立方星等平臺(tái)上,極大的拓展了光譜成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。2.提出了一種傾斜9孔徑的消雜光光闌結(jié)構(gòu)形式。在會(huì)聚光分孔徑結(jié)構(gòu)形式中,由于結(jié)構(gòu)緊湊,無(wú)法安裝視場(chǎng)光闌,各個(gè)通道視場(chǎng)外圖像會(huì)在像面處發(fā)生很嚴(yán)重的混疊現(xiàn)象,從而使探測(cè)器上得到的圖像無(wú)法使用。本文通過(guò)分析系統(tǒng)的雜光特性及結(jié)構(gòu)特性,提出了一種傾斜9孔徑消雜光光闌的結(jié)構(gòu)形式,這種消雜光光闌位于后置透鏡和像面中間,通過(guò)9個(gè)孔徑將9個(gè)通道的視場(chǎng)外光線進(jìn)行了有效隔離,同時(shí)每個(gè)孔徑本身又有一定的傾斜角度,在遮攔視場(chǎng)外光線的情況下有效保證了視場(chǎng)內(nèi)的光線通過(guò),減少視場(chǎng)內(nèi)光線的漸暈。通過(guò)軟件仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此消雜光光闌的有效性。3.提出了一種緊湊型分孔徑光譜成像系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)方案針對(duì)全新結(jié)構(gòu)形式的光譜成像系統(tǒng),已有的定標(biāo)方案無(wú)法滿足系統(tǒng)的定標(biāo)要求,本文在深入分析系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上,提出了適用于本光譜成像系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)方案,包括光譜定標(biāo)、相對(duì)輻射定標(biāo)和絕對(duì)輻射定標(biāo)。通過(guò)對(duì)探測(cè)器上圖像進(jìn)行分塊處理,得到了不同通道不同譜段的定標(biāo)系數(shù),光譜數(shù)據(jù)復(fù)原時(shí),不同譜段采用不同的定標(biāo)系數(shù)分別進(jìn)行修正,最后得到了較好的光譜數(shù)據(jù)復(fù)原結(jié)果。
【圖文】：

緊湊型分孔徑快照式光譜成像系統(tǒng)研究人機(jī)搭載的可對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和跟蹤的光譜成像系統(tǒng)國(guó)外已有相關(guān)研究。美國(guó)雷聲公司研制了搭載于美國(guó) 捕食者 無(wú)人機(jī)上的 AN/ASS-52 多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(MTS)[21]，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離監(jiān)視，空中目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤等任務(wù),通過(guò)高精度目標(biāo)定位，可以增強(qiáng)無(wú)人機(jī)在白天、晚上和惡劣天氣下采集目標(biāo)周圍高分辨率光譜視頻和圖像的能力，以提供更準(zhǔn)確的目標(biāo)定位和跟蹤。

Figure 1.1 Multi-spectral targeting system mounted on the “Pradator” drone同時(shí)，美國(guó)也進(jìn)一步發(fā)展利用 死神 無(wú)人機(jī)搭載多光譜傳感器探測(cè)處于升段彈道導(dǎo)彈的能力，其具有受天氣和云層影響小、部署使用靈活方便、成本對(duì)低廉等優(yōu)點(diǎn)[22]。國(guó)內(nèi)目前針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的快速識(shí)別、跟蹤并且可搭載于小型無(wú)人機(jī)平臺(tái)上光譜成像系統(tǒng)尚沒(méi)有相關(guān)研究。因此研究適用于無(wú)人機(jī)搭載可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別和跟蹤的緊湊型快照光譜成像系統(tǒng)有著至關(guān)重要的意義。1.2 光譜成像技術(shù)概述光譜成像技術(shù)按照獲取完整數(shù)據(jù)立方體的方式進(jìn)行分類，可分為 揮掃式推掃式 、 畫(huà)幅式 、 快照式 四種光譜成像技術(shù)[23][24][25]。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O433

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊俊才;;光譜技術(shù)國(guó)防應(yīng)用[J];物理與工程;2015年06期

2 麻永平;張煒;劉東旭;;高光譜偵察技術(shù)特點(diǎn)及其對(duì)地面軍事目標(biāo)威脅分析[J];上海航天;2012年01期

3 付強(qiáng);黃e，

本文編號(hào)：2668174