空间遥感测绘光学系统设计与研究

空间遥感测绘光学系统设计与研究

伍雁雄

佛山科学技术学院 广东佛山 528000

摘要：在科技的不断发展和进步下，空间遥感测绘技术在多个领域中应用，诸如环境保护、气象学等。光学系统作为空间遥感测绘的核心组件，研究提升其性能水平的设计流程与方法，不仅可以促进空间遥感图像分辨率的提升，也能增强地物信息提取的准确性和图像质量。因此，应该对空间遥感测绘光学系统的设计重点研究，在明确空间遥感测绘光学系统设计特点、原则的基础上，深入剖析光学系统设计的流程与方法。

关键词：空间遥感测绘；光学系统；设计

引言

在卫星技术快速发展的新时期下，遥感技术水平不断提升。传统空间遥感技术的在应用过程中，高度依赖光学传感器的性能，实现对地球表面反射、辐射的电磁波等信息的高精度获取。但在成像质量、分辨率等方面，存在的局限较多，很难满足日益增长的遥感需求。因此，为促进遥感测绘准确性和效率的提升，满足资源调查、环境监测等领域对地表信息的需求，应该对空间遥感测绘光学系统设计深入研究。

1 空间遥感测绘光学系统的特点研究

通过分析空间遥感测绘光学系统，其特点主要可以体现在以下几个方面：

（1）分辨率高。空间遥感测绘光学系统可以对地球表面的图像精准捕捉，分辨率高，能够清楚地看到细节部分，若能在地质勘探、环境监测等领域应用，可以获取更加真实的信息。

（2）灵敏度高。空间遥感测绘光学系统的传感器有较高灵敏性，可以实现对微弱信号的精准捕捉，实时、动态化监测地球表面的微小变化，诸如海洋生态等。

（3）多光谱观测。针对不同波段的图像数据，空间遥感测绘光学系统可以做到同时获取，诸如红外线、可见光等。基于此能力，可以提供大量地球表面信息，如植被覆盖等[1]。

（4）覆盖范围广。通过对空间遥感测绘光学系统的科学应用，覆盖的地理区域较大，在实际观测期间，可以做到从整体到局部观测，在资源调查等方面发挥重要作用。

2空间遥感测绘光学系统设计原则

在设计空间遥感测绘光学系统期间，需要对波段合理选择，综合考虑光学系统分辨率、光谱分辨率等因素，提升设计的可行性与合理性，为系统稳定运行奠定基础。

（1）重点考虑分辨率。在空间遥感测绘光学系统设计过程中，需要对系统分辨率和光谱分辨率重点考虑。在设计光学系统时，对需要获得高分辨率图像的要求重点分析，保证地面细节能清晰展现。针对光谱分辨率，是指可以分辨出不同波长的能力。在设计期间，要对获取高光谱分辨率图像要求重点考虑，精准识别和分析地物光谱特征[2]。

（2）波段选择合理性。对不同应用要求明确掌握，选择合适的波段范围开展观测工作。现阶段，比较常见的波段有可见光、紫外线等。波段的不同，提供的信息存在很大差异，所以在对光学系统设计期间，应该结合实际要求，有针对性地选择波段。

（3）保证光学系统的稳定性。在对空间遥感测绘光学系统设计过程中，必须确保系统在空间环境的可靠性和稳定性，获得最佳的图像。同时，重点考虑抗振动、温度变化适应能力等。为提升设计合理性，也要对能量利用效率充分考虑，促进图像质量的提升，让图像在最短的时间内获取。

3空间遥感测绘光学系统设计方法与流程分析

3.1 需求分析

在空间遥感测绘光学系统设计过程中，需求分析是首要步骤，旨在明确系统设计的目标与功能需求，在此期间，首先要明确测绘对象以及环境条件，包括地表、大气等特征，掌握任务的目标和要求。同时结合场景确定所需要的空间分辨率、观测周期等，确定覆盖范围。将应用需求作为基础，将观测的光谱范围划分好，比如可见光、红外等。最后确定观测参数和系统性能指标，其中，观测参数有地表温度、植被指数等，系统性能指标有空间分辨率、光谱分辨率、信噪比以及定位精度等。

3.2 参数设计

将需求分析作为基础，对空间遥感测绘光学系统的参数合理设计。首先对需求分析结果深入研究，明确光学系统的整体结构，诸如光学元件的类型、数量等。依照光学系统结构设计要求，选择适宜的光学元件，包括反射镜、滤光片等，保证光学系统的性能需求能得到满足[3]。光学元件之间的相对位置、光路布局必须合理设计，以免对光线传输的精准性、效率造成影响。通过应用光学设计软件，不断优化光学系统参数，根据实际情况对透镜的厚度和曲率半径进行调整，促进系统成像质量的提升。

3.3 布局设计

在设计空间遥感测绘光学系统期间，布局设计也是非常重要的一环。在具体设计期间，要对传感器的工作原理、测绘任务要求充分考量，确定光学元件的数量和位置。为促进系统性能的提升，可以利用光路优化技术，比如：应用折射率分布透镜等，对像差整体改善，同时对透镜组件之间的距离严格把控，对距离和角度合理调整，将像差问题有效解决。在设计过程中，光学系统要和机械结构密切配合，每个组件均要在正确的位置上固定，合理分析机械结构对光学元件的安装、调整等方面的需求。在空间遥感测绘光学系统设计时，受到的干扰因素较多，如温度变化、辐射影响等，必须各位注意各类因素，结合实际情况采取解决办法，保证光学系统的性能不会受到任何影响。

3.4 校正设计

校正设计是空间遥感测绘光学系统设计中的重要一步，对光学系统成像的质量和精度提升有促进作用，因此在这一环节中，应该格外重视，明确设计目标。在校正设计中，主要目的是促进成像质量的提升，让光学畸变减小，降低像差，确保获得的图像精准且清晰。同时通过校正将光学系统中误差消除，增强测量精准度和可靠性。为保证设计合理性，应该遵循以下步骤：

（1）明确光学系统的畸变类型。将系统的特点、需求为依据，明确主要畸变类型，如切向畸变等。

（2）校正方法的合理选择。根据畸变类型，选择适宜且可行的校正方式。现阶段，应用比较广泛的校正方法有很多，如数学模型、矫正板法等。

（3）校正实验。利用设计好的校正板实验，对校正板上的特定特征点合理测量，对坐标准确记录。

（4）对校正参数合理计算。结合实际测量数据，选择合适的数学方法，对校正参数精准计算。

（5）校正参数的应用。将计算获取的校正参数应用在光学系统中，校正新的图像，保证校正后的图像质量能达到最佳。

（6）注意事项。在校正设计期间，应该保证校正板设计、制作的可靠性、精准性，避免校正信息出现偏差。在校正实验过程中，需要将设计要求作为依据，保证实验误差不会对校正结果造成影响。在计算校正参数时，数学方法的选择要合理，确保计算结果的精准性。

3.5 集成与测试

在对光学系统功能和性能要求充分掌握的基础上，对各个子系统的功能模块合理设计，同时确定它们之间的接口与协议。依照设计，对各子系统合理开发，并独立测试，确保每个系统功能可以正常发挥。在各模块完成开发后，按照系统文件规定的接口要求进行集成，并开展各模块之间的交互测试及系统总体性能测试。在测试环节，软硬件的集成测试是关键，针对硬件而言，可以将光学元件、控制电路等组装到一个整体系统中，做好连接与布线工作，让各个硬件元件可以根据设计要求稳定工作。对于软件的集成和测试，需要先编写软件控制程序，最后集成硬件元件与系统功能。在性能测试期间，应该将重点放在系统数据处理、图像生成能力的验证上。

结束语：

综合而言，随着卫星技术以及航天技术水平的不断提升，空间遥感已经成为人们获取是地球表面信息的主要方式。光学系统作为其中不可缺少的部分，发挥的作用较大，如提升分辨率和精度等。因此要做好空间遥感测绘光学系统设计工作，合理应用设计方法，提升设计的可行性，发挥光学系统的作用和价值。

参考文献：

[1]张学军.空间光学系统先进制造技术进展——从非球面到自由曲面[J].光学学报,2023,43(8):0822009.

[2]孙凯鹏,孙杰,张刘等.空间遥感器中心筒式主支撑结构设计与仿真[J].飞控与探测,2021,4(05):71-78.

[3]巩盾.空间遥感测绘光学系统研究综述[J].中国光学,2015,8(5):

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