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分孔径同时偏振成像光学系统的研究

贺虎成  
【摘要】:偏振成像仪可以识别常规手段难以探测的目标,降低杂乱背景的影响,在复杂的辐射环境中检测出有用的信息,增强目标探测与识别能力。本文研究,设计和研制出用于目标探测和识别的分孔径同时偏振成像系统,该系统可望用作侦查飞机、卫星、导引头等载荷。本文开展了如下工作: 第一章阐明本文的研究课题、研究意义等,介绍了偏振成像光学系统的应用领域和国内外研究近况,概述本文研究内容。 第二章介绍光的偏振特性及其定量描述方法,给出偏振成像系统模型和成像原理,比较分析现有偏振成像方法。根据实际应用需求,提出了无中继的分孔径同时偏振成像系统,该系统由共孔径镜头组和四个偏心分孔径子系统组成,具有结构紧凑、完全Stokes矢量同时成像等特点。 第三章提出用光学传递矩阵(OTM),评价偏振成像光学系统成像质量和分析其偏振测量误差的方法,推导和举例分析了OTM、偏振测量误差与系统参数间关系。OTM不仅可以表示每个偏振通道的成像质量,还可以描述不同偏振通道之间的串扰。 第四章根据信噪比等要求和近轴成像理论,确定光学系统的视场角、工作波段焦距和孔径等基本参数。给出二组、三组两种分孔径偏心成像系统的结构形式和近轴成像特性。运用赛德耳初级像差和空间光线传递公式,导出并分析此类偏心分孔径光学系统的初级像差公式、PW表达式与像差特性。 第五章基于导出的PW关系式,给出其初始结构参数的计算方法和结果。给出两种分孔径偏心成像光学系统的优化设计结果和成像质量评价,表明设计得到的成像系统成像质量好、满足性能指标要求。给出光学系统的公差优化分配结果,基于误差传递公式和导出的偏振测量误差公式,分析和给出系统偏振测量允差与偏振元件制造、装调误差之间的关系。 第六章报导分孔径偏振成像镜头的研制及结果。介绍了镜头光机结构设计、装调方法与结果,测量了其焦距和光学传递函数等基本性能参数。基于偏振成像镜头,构建了同时、完全Stokes偏振成像样机,利用非偏振光、线偏振光、椭圆偏振光目标和自然景物目标,试验其偏振成像性能。通过图像处理,获取了目标完全Stokes矢量图、偏振度图及偏振角度图,取得了与理论预期相符的成像试验结果。 第七章总结全文工作,概括创新点及不足,提出下一步工作建议。


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