[全4册]空间光学理论与应用+空间光学系统+空间光学遥感器系统设计+空间光学遥感器光电探测及控制

内容介绍

本书既可作为空间光学工程相关科研院所工程技术人员和科研管理人员的参考书目,也可作为相关专业的研究生课程教材或参考书。

 本书从基本概念和原理入手，介绍了空间光学遥感器系统设计，内容涵盖空间光学遥感器系统设计需要的主要理论和技术。本书 ~4章为基础部分，主要介绍遥感的概念与分类、空间光学遥感器设计基础及工作原理、空间光学遥感器性能指标及图像质量评价和预估等;第5~7章分别以对地成像型空间光学遥感器、高光谱空间光学遥感器和天基空间目标监视光学遥感器为例，介绍了空间光学遥感器系统设计。

内容介绍

本书分为8章。 章是空间光学概述，介绍了空间光学的基本概念、分类特点以及应用。第2—4四章依次介绍了空间环境、力学环境、大气光学环境的主要特点及其对空间光学遥感的影响。第5、第6章重点介绍了空间目标（合作、非合作）的光度特性。第7章是空间光学遥感基础，介绍了空间光学遥感分类、特性以及未来发展趋势。第8章介绍了空间运动目标光学探测方法。

目录

前言
章 空间光学概论 1
1.1 大气层结构 1
1.2 空间光学的发展历史 8
1.3 空间光学技术的应用领域 10
1.3.1 空间观测领域 10
1.3.2 对地观测领域 17
1.4 空间仪器的特点 20
1.4.1 空间仪器与地面设备的主要区别 20
1.4.2 空间光学有效载荷 20
1.5 光学遥感 25
1.5.1 定量遥感 25
1.5.2 高光谱遥感 27
1.6 小结 31
复习思考题 31
参考文献 32
第2章 空间环境及其对空间光学遥感的影响 36
2.1 冷黑环境 39
2.2 真空环境 39
2.2.1 冷焊效应 41
2.2.2 真空出气效应 44
2.2.3 真空质量损失与可凝聚挥发物 44
2.2.4 真空放电效应 46
2.2.5 真空环境对光学器件及其涂层的影响 47
2.3 微重力环境 48
2.4 粒子辐射环境 50
2.4.1 地球辐射带 52
2.4.2 太阳宇宙线 53
2.4.3 银河宇宙线 63
2.4.4 空间辐射效应 63
2.4.5 原子氧 87
2.5 不同轨道高度的环境影响因素 92
2.5.1 不同轨道高度及其环境效应 92
2.5.2 空间环境对航天器运行轨道的影响 93
2.5.3 空间环境对航天器姿态的影响 93
2.6 空间热环境 96
2.7 微流星体和空间碎片 96
2.7.1 微流星体 96
2.7.2 空间碎片 96
2.8 空间环境模拟 97
2.9 小结 99
复习思考题 100
参考文献 101
第3章 力学环境及其对空间光学遥感的影响 107
3.1 力学环境 108
3.1.1 振动 108
3.1.2 冲击 110
3.1.3 失重 110
3.2 从地基到天基的力学变化 111
3.2.1 机械载荷 111
3.2.2 热载荷 113
3.3 力学环境适应性设计准则 115
3.3.1 等应力准则 115
3.3.2 热光学设计准则 118
3.3.3 热设计准则 118
3.3.4 光机材料选用准则 119
3.4 结构动态特性 127
3.5 光机热一体化仿真技术 128
3.5.1 光机热一体化仿真分析实施原理 129
3.5.2 光机热一体化仿真分析流程 130
3.6 力载荷 132
3.7 小结 132
复习思考题 133
参考文献 133
第4章 大气光学环境及其对空间光学遥感的影响 136
4.1 光学遥感的意义 136
4.2 天体辐射源 138
4.2.1 太阳辐射 138
4.2.2 地球辐射 140
4.3 大气光学特性 142
4.3.1 大气密度 142
4.3.2 大气折射 145
4.3.3 大气反射 150
4.3.4 大气吸收 156
4.3.5 大气散射 161
4.3.6 光的衍射 164
4.4 小结 173
复习思考题 173
参考文献 174
第5章 空间合作目标光度特性 177
5.1 后向反射器种类 180
5.2 角反射器特性分析 181
5.2.1 角锥棱镜的反射特性 181
5.2.2 角锥棱镜的成像特性 183
5.2.3 角锥棱镜角度误差的影响 186
5.2.4 角锥棱镜面形误差的影响 187
5.3 角反射器反射均匀性分析 189
5.4 角反射器的远场衍射效应仿真 192
5.5 球形后向反射器 198
5.5.1 球形后向

内容介绍

空间光学是在高层大气中和大气外层空间利用光学设备对空间和地球进行观测与研究的技术，是应用光学的一个分支。1957年，苏联发射了 颗人造卫星，标志着空间时代的到来。目前，空间光学及光学仪器主要应用在对地球观测和研究和对空间观测和研究。本书从空间光学遥感器的绪论、典型空间成像光学系统设计、空间光机系统设计、空间光学元件加工与检测、空间光学系统镀膜技术、空间光学系统装调、空间光学系统测试与评价等几方面进行了介绍。

作者简介

曹东晶，航天科技集团光学遥感领域技术带头人、创新团队带头人。长期从事光学遥感器总体技术和相关型号研制工作。曾任高分二号、高分九号等六型卫星副总师，现任高分十三号卫星副总师。

目录

章绪论1

1.1空间光学遥感器概述1

1.1.1基本概念1

1.1.2基本组成2

1.1.3分类2

1.2空间光学系统及发展概况3

1.3空间光学系统的特点6

1.4空间光学系统研制流程8

1.5空间光学系统发展趋势10

1.5.1超大口径空间光学系统10

1.5.2计算成像及计算光学系统13

1.5.3仿生光学系统14

1.5.4微纳光学系统15

参考文献18
第2章典型空间成像光学系统设计19

2.1概述19

2.2空间光学系统类型21

2.2.1折射式22

2.2.2折反射式25

2.2.3全反射式27

2.3典型光学系统设计方法35

2.3.1折射式系统的设计36

2.3.2折反射系统的设计38

参考文献49
第3章空间光机系统设计50

3.1概述50

3.2光机系统常用材料51

3.2.1折射式光学系统常用材料51

3.2.2反射式光学系统常用材料54

3.3空间光学元件及支撑结构设计55

3.3.1透射式光学元件及支撑结构设计55

3.3.2反射式光学元件及支撑结构设计57

3.4光机主体结构设计68

3.4.1光机主体结构设计概述68

3.4.2筒式结构69

3.4.3框架式结构73

3.4.4杆系结构73

3.4.5支撑杆式结构76

3.5光机系统集成仿真及试验验证77

3.5.1光机集成仿真77

3.5.2光机系统试验验证79

参考文献81
第4章空间光学元件加工与检测83

4.1概述83

4.1.1空间光学元件加工技术的特点84

4.1.2空间光学元件加工技术的发展历程86

4.1.3空间光学元件加工的技术路线88

4.2镜坯成型及轻量化技术89

4.2.1微晶玻璃镜坯90

4.2.2超低膨胀石英玻璃镜坯91

4.2.3碳化硅镜坯93

4.3微应力高精度精修技术94

4.3.1磁流变抛光技术95

4.3.2离子束修形技术96

4.3.3流体射流抛光技术98

4.4检测技术101

4.4.1光学元件各阶段检测方法101

4.4.2轮廓几何测试法102

4.4.3干涉测试法103

4.4.4常规检测数据处理要点103

4.5重力卸载技术105

4.5.1重力卸载技术的作用105

4.5.2重力卸载装置107

4.5.3重力误差的数据处理方法110

参考文献114
第5章空间光学系统镀膜技术116

5.1概述116

5.2反射膜118

5.2.1典型金属反射膜的光谱及设计特点118

5.2.2金属反射膜空间应用的基本要求120

5.3空间用滤光片121

5.3.1带通滤光片121

5.3.2多色滤光片、分光（束）膜简介125

5.4镀膜工艺介绍129

5.4.1热蒸发129

5.4.2溅射131

5.4.3镀膜过程中的应力控制132

5.4.4镀膜过程中的膜厚均匀性控制134

5.4.5镀膜前镜面清洗138

5.5膜层质量检测方法139

参考文献141
第6章空间光学系统装调143

6.1概述143

6.1.1现代空间光学系统装调发展趋势143

6.1.2空间光学系统装调的技术特点145

6.1.3空间光学系统装调应关注的设计指标147

6.2可见透射式系统装调147

6.2.1镜头装调的技术路线147

6.2.2可见光元件的折射率测试150

6.2.3部组件微应力装配及验证150

6.2.4透镜部组件定心技术152

6.2.5实验室组合定心技术152

6.2.6基于组合定心的计算机辅助装调技术154

6.3红外透射式镜头装调155

6.3.1红外透射镜头装调技术路线156

6.3.2红外元件折射率测试158

6.3.3红外部组件的装配与测试159

6.3.4红外镜头实验室定心160

6.4中小口径反射式系统装调163

6.4.1镜头装调技术路线163

6.4.2计算机辅助装调技术164

6.4.3非球面反射镜光轴引出166

6.4.4光学部件精密装配与实验验证168

6.4.5三种典型的系统装调技术171

6.5大口径及超大口径反射式系统装调174

6.5.1大口径及超大口径反射式系统特点174

6.5.2光轴竖直装调技术177

6.5.3反射镜元件支撑结构装配179

6.5.4大口径元件波前探测技术179

6.5.5基于主动光学的大口径分块镜集成装调180

参考文献184
第7章空间光学系统测试与评价186

7.1概述186

7.2空间光学系统成像质量测试186

7.2.1波像差186

7.2.2调制传递函数MTF189

7.2.3能量集中度195

7.3空间光学系统特性参数测试196

7.3.1焦距196

7.3.2视场角200

7.3.3 F数201

7.3.4透射比（透过率）202

7.4与辐射质量相关量的测试203

7.4.1杂散光203

7.4.2偏振度205

7.5与几何质量相关量的测试207

7.6空间光学系统成像质量影响因素分析209

7.6.1空间光学系统测试的特点209

7.6.2测试链路误差源分析210

7.6.3变重力及真空环境影响210

7.6.4光学表面面形及镜头支撑影响211

7.6.5其他影响因素212

参考文献214

内容介绍

空间光学遥感器涉及光学、机械学、电子学、热学等多个学科，其设计和研制在材料、检测、可靠性等方面有诸多特定的要求。本书从光电探测的基本原理入手，紧随新材料、新器件、新工艺的发展步伐，全面系统地论述了光电探测器驱动与信号处理、信号采样与数字化、星上处理、光电探测系统测试与评价、空间光学遥感器控制、电磁兼容性设计和空间适应性设计与分析，并阐述了空间光电探测系统的发展趋势。

目录

章绪论1

1.1空间光学遥感器概述1

1.2空间光学遥感器光电探测系统简述2

1.2.1光电探测系统概论2

1.2.2光电探测系统总体框架4

参考文献9
第2章光电探测技术基础10

2.1光电探测物理基础10

2.1.1不同谱段的光电转换的原理10

2.1.2不同物质、材料感光特性12

2.2光电探测器件17

2.2.1可见光CCD探测器17

2.2.2可见光CMOS探测器50

2.2.3红外探测器组件62

2.2.4单光子雪崩光电二 管（SPAD）80

2.3光电探测系统原理及基本组成85

参考文献86
第3章光电探测器驱动与信号处理（焦平面FPA）88

3.1CCD探测器驱动与模拟信号处理88

3.1.1典型CCD探测器成像电路组成88

3.1.2CCD探测器驱动电路设计88

3.1.3CCD探测器模拟信号处理108

3.1.4CCD探测器电源设计110

3.1.5CCD探测器驱动与模拟信号处理电路设计举例115

3.2红外探测器驱动与模拟信号处理118

3.2.1红外探测器驱动与模拟信号的特点118

3.2.2红外探测器驱动与模拟信号处理电路的典型
组成119

3.2.3偏置电压的产生119

3.2.4时序驱动信号的产生122

3.2.5模拟信号的调理123

3.2.6应用设计举例125

3.3单光子探测器及焦面电路133

3.3.1SiAPD及其驱动电路134

3.3.2偏置电压调节电路141

3.3.3前置放大电路145

3.3.4主放大电路153

参考文献159
第4章信号采样与数字化161

4.1信号采样与数字化理论概述161

4.1.1采样定理161

4.1.2采样保持163

4.1.3噪声的种类和分布165

4.1.4均方根噪声与信噪比168

4.1.5无噪声码分辨率和有效分辨率168

4.1.6滤波器169

4.2CCD的采集与数字化176

4.2.1CCD信号采集与双采样理论176

4.2.2CCD信号通道带宽设计178

4.2.3CCD模拟信号传输179

4.3红外探测信号的采样和数字化182

4.3.1红外探测信号的采集182

4.3.2红外信号通道带宽设计183

4.3.3红外模拟信号传输184

4.4单光子探测信号的采集和数字化187

4.4.1单光子探测信号的采集187

4.4.2单光子信号通道带宽设计189

4.4.3单光子模拟信号传输190

4.5高速数字图像传输190

4.5.1CCD图像高速数字传输190

4.5.2红外图像数字传输194

4.5.3单光子点云数据传输197

参考文献198
第5章星上数据处理技术199

5.1遥感器星上处理技术概述199

5.2星上遥感器预处理技术200

5.2.1星上遥感数据辐射校正技术201

5.2.2星上成像参数自适应调整技术206

5.2.3星上图像 技术209

5.2.4星上图像HDR技术212

5.3星上云检测技术218

5.3.1基于阈值法的云图像分割218

5.3.2基于光谱特征的云检测技术221

5.4星上瞬态点目标（闪电）检测识别技术222

5.5基于深度网络学习的遥感目标检测技术225

5.5.1遥感目标检测特点225

5.5.2卷积神经网络原理及实现227

5.5.3基于卷积神经网络的遥感目标检测233

5.6星上数据压缩编码技术236

5.6.1星上JPEG2000压缩技术237

5.6.2星上视频压缩编码241

5.6.3图像压缩质量评价243

5.6.4星上压缩技术未来发展247

5.7星上数据处理平台技术249

5.7.1星上处理资源分析249

5.7.2数据处理通用框架设计251

5.7.3星载瞬态点目标（闪电）检测设计与实现257

5.7.4基于专用压缩芯片的压缩编码处理设计与实现261

5.7.5遥感目标实时检测系统的设计与实现264

参考文献275
第6章光电探测系统测试与评价278

6.1光电响应非线性度和满阱279

6.1.1定义及物理意义279

6.1.2测试方法279

6.1.3数据处理280

6.2增益线性度281

6.2.1定义及物理意义281

6.2.2测试方法282

6.2.3数据处理282

6.3稳定性283

6.3.1定义及物理意义283

6.3.2测试方法284

6.3.3数据处理方法284

6.4信噪比287

6.4.1定义及物理意义287

6.4.2测试方法288

6.4.3数据处理288

6.5暗信号290

6.5.1定义及物理意义290

6.5.2测试方法290

6.5.3数据处理290

6.6像元非均匀性295

6.6.1定义及物理意义295

6.6.2测试方法295

6.6.3数据处理295

6.7动态范围296

6.7.1定义及物理意义296

6.7.2测试方法296

6.7.3数据处理297

6.8异常像元297

6.8.1定义及物理意义297

6.8.2测试方法298

6.8.3数据处理298

6.9红外噪声等效温差298

6.9.1定义与物理意义298

6.9.2测试方法 299

6.9.3数据处理299

参考文献300
第7章空间光学遥感器控制技术302

7.1空间光学遥感器控制系统概述302

7.2空间光学遥感器控制系统的分类与组成302

7.2.1测量元件304

7.2.2执行元件308

7.2.3控制器310

7.3光束指向控制技术及性能评测方法311

7.3.1光束指向控制技术311

7.3.2光束指向控制系统的性能评测方法318

7.4光束扫描控制技术及性能评测方法321

7.4.1扫描镜的光束扫描控制技术321

7.4.2望远光学系统的扫描控制技术326

7.4.3光束扫描控制系统的性能评测方法329

7.5光束跟瞄控制技术及性能评测方法334

7.5.1光束跟瞄控制技术334

7.5.2光电稳定平台目标跟踪试验344

7.5.3光束跟瞄控制系统的性能评测方法347

7.6光束质量调整控制技术349

7.6.1光机稳定成像及其复合控制技术349

7.6.2自适应成像控制技术357

7.7小结374

参考文献376
第8章电磁兼容性设计378

8.1空间光学遥感器EMC问题特殊性379

8.2遥感器的EMC设计382

8.2.1滤波设计384

8.2.2电缆设计386

8.2.3接地和搭接设计387

8.2.4屏蔽设计390

8.2.5PCB EMC设计394

8.3遥感器EMC试验及预测403

8.3.1遥感器EMC试验403

8.3.2遥感器EMC预测404

参考文献406
第9章空间适应性设计与分析407

9.1概述407

9.2电子学热设计与热分析407

9.2.1遥感器电子设备热环境408

9.2.2热设计方法414

9.2.3热分析方法420

9.3抗辐照设计424

9.3.1自然空间辐照环境424

9.3.2光学遥感器辐照效应425

9.3.3空间抗辐照技术427

9.4材料放气和污染对相机的影响430

9.5表面冷焊的影响430

9.6遥感器充电与放电431

9.6.1真空放电431

9.6.2微放电431

9.6.3表面静电充放电432

9.6.4体内放电432

参考文献433