本文關(guān)鍵詞：中波紅外傅里葉變換成像光譜儀理論分析與光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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【摘要】：成像光譜儀是在成像光譜技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代光學(xué)遙感儀器,是成像儀和光譜儀的有機(jī)結(jié)合。它可以獲得關(guān)于目標(biāo)物體的三維數(shù)據(jù)立方體,已廣泛應(yīng)用于空間遙感、目標(biāo)探測(cè)、地質(zhì)資源勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象分析等領(lǐng)域。作為成像光譜儀的典型代表,傅里葉變換成像光譜儀通過獲取目標(biāo)物體的干涉信息,再對(duì)干涉圖做傅里葉變換獲得目標(biāo)的光譜信息。按照對(duì)干涉圖的調(diào)制方式的不同,傅里葉變換成像光譜儀主要分為時(shí)間調(diào)制型、空間調(diào)制型和時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型�；诋�(dāng)前傅里葉變換成像光譜儀的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用需求,本論文提出了一種基于邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制中波紅外傅里葉變換成像光譜儀,并對(duì)其進(jìn)行了理論分析及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。該系統(tǒng)利用多級(jí)階梯微反射鏡取代時(shí)間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀的動(dòng)鏡,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的靜態(tài)化設(shè)計(jì)和光程差的空間采樣。與傳統(tǒng)的空間調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀相比,系統(tǒng)不含狹縫,因此具有光通量大的優(yōu)點(diǎn)。本論文的主要工作包括以下四個(gè)部分：一、提出了一種基于多級(jí)階梯微反射鏡的時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型傅里葉變換成像光譜儀結(jié)構(gòu),對(duì)其干涉過程和光程差分布進(jìn)行了分析。完成了系統(tǒng)的建模和仿真工作。根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算了成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)。二、完成了成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的分析工作,建立了成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的主光線模型,并且利用此模型對(duì)前置成像系統(tǒng)和后置成像系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)分別進(jìn)行了分析與計(jì)算。三、對(duì)傾斜的分束器和補(bǔ)償板給系統(tǒng)所帶來(lái)的離軸像差進(jìn)行了分析。在此分析的基礎(chǔ)上,完成了三套不同孔徑成像光譜儀光學(xué)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)工作,其空間分辨率分別為：2.5m@2000m、0.83m@2000m、0.3125m@2000m。所提出的柱面和Zernike面相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方案,有效消除了在大相對(duì)孔徑下由傾斜分束器和補(bǔ)償板所帶來(lái)的離軸像差。完成了三套光學(xué)系統(tǒng)的公差分析以及無(wú)熱化設(shè)計(jì)。四、完成了成像光譜儀系統(tǒng)集成與調(diào)試工作,并進(jìn)行了目標(biāo)物體的測(cè)試。
【關(guān)鍵詞】：傅里葉變換 成像光譜儀 中波紅外 理論分析 多級(jí)階梯微反射鏡 光學(xué)設(shè)計(jì) 集成與裝調(diào)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH744.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-31
• 1.1 論文研究背景和意義13-16
• 1.2 相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀16-29
• 1.2.1 色散型成像光譜儀16-19
• 1.2.2 濾光片型成像光譜儀19-21
• 1.2.3 傅里葉變換成像光譜儀21-29
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)安排29-31
• 1.3.1 論文工作的主要內(nèi)容29-30
• 1.3.2 論文的結(jié)構(gòu)安排30-31
• 第2章 傅里葉變換成像光譜儀基本理論31-47
• 2.1 傅里葉變換成像光譜儀的理論基礎(chǔ)31-39
• 2.1.1 單色光干涉31-33
• 2.1.2 復(fù)色光干涉33-35
• 2.1.3 Michelson干涉儀35-37
• 2.1.4 傅里葉變換基礎(chǔ)37-39
• 2.2 傅里葉變換成像光譜儀光譜分辨率39-41
• 2.3 傅里葉變換成像光譜儀的空間分辨率41-42
• 2.4 傅里葉變換成像光譜儀干涉圖采集方式42
• 2.4.1 單邊采集數(shù)據(jù)方法42
• 2.4.2 雙邊采集數(shù)據(jù)方法42
• 2.5 噪聲和信噪比42-45
• 2.6 中波紅外傅里葉變換成像光譜儀的應(yīng)用45-46
• 2.7 小結(jié)46-47
• 第3章 時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型FTIS總體分析與設(shè)計(jì)47-69
• 3.1 系統(tǒng)基本原理47-51
• 3.2 干涉過程分析51-55
• 3.2.1 干涉過程51-53
• 3.2.2 干涉模型建立53-55
• 3.3 光程差分布分析55-58
• 3.4 探測(cè)器選擇58-60
• 3.5 技術(shù)參數(shù)60-62
• 3.5.1 光譜范圍60-61
• 3.5.2 多級(jí)階梯微反射鏡參數(shù)61
• 3.5.3 光譜分辨率61-62
• 3.5.4 空間分辨率62
• 3.6 整體光學(xué)系統(tǒng)像差分析62-66
• 3.7 小結(jié)66-69
• 第4章 中小相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)69-99
• 4.1 整體光學(xué)系統(tǒng)分析69-75
• 4.1.1 前置成像系統(tǒng)分析70-71
• 4.1.2 后置成像系統(tǒng)分析71-73
• 4.1.3 整體光學(xué)系統(tǒng)主光線模型73-75
• 4.2 小相對(duì)孔徑FTIS設(shè)計(jì)需求及技術(shù)指標(biāo)75-88
• 4.2.1 小相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果76-81
• 4.2.2 小相對(duì)孔徑FTIS前置成像系統(tǒng)像方遠(yuǎn)心性分析81-83
• 4.2.3 小相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)消熱差分析83-84
• 4.2.4 小相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)公差分析84-88
• 4.3 中相對(duì)孔徑FTIS設(shè)計(jì)需要及技術(shù)指標(biāo)88-97
• 4.3.1 柱面鏡消像散分析88-89
• 4.3.2 中相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果分析89-93
• 4.3.3 中相對(duì)孔徑FTIS前置成像系統(tǒng)像方遠(yuǎn)心性分析93-94
• 4.3.4 中相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)消熱差分析94
• 4.3.5 中相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)公差分析94-97
• 4.4 小結(jié)97-99
• 第5章 大相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)99-111
• 5.1 大孔徑FTIS設(shè)計(jì)需求及技術(shù)指標(biāo)99-100
• 5.2 Zernike自由曲面消像差分析100
• 5.3 大相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果100-110
• 5.3.1 大相對(duì)孔徑FTIS前置成像系統(tǒng)像方遠(yuǎn)心性分析105-106
• 5.3.2 大相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)消熱差分析106
• 5.3.3 大相對(duì)孔徑FTIS光學(xué)系統(tǒng)公差分析106-110
• 5.4 小結(jié)110-111
• 第6章 時(shí)空聯(lián)合調(diào)制型FTIS集成與試驗(yàn)研究111-119
• 6.1 FTIS系統(tǒng)集成與裝調(diào)研究111-113
• 6.2 小相對(duì)孔徑FTIS試驗(yàn)研究113-117
• 6.3 小結(jié)117-119
• 第7章 總結(jié)與展望119-123
• 7.1 總結(jié)119-120
• 7.2 創(chuàng)新120-121
• 7.3 展望121-123
• 參考文獻(xiàn)123-131
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況131-133
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介133-135
• 致謝135-136

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 陳成;靜態(tài)傅里葉變換紅外光譜儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵器件研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2016年

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本文編號(hào)：816369