空间光学遥感器动力学环境CAE研究
摘要：空间光学遥感器所经受的主要力学环境是在运载、发射过程中的动力学环境，尤其是遥感器所经受的各种振动载荷，它直接关系到遥感器结构的稳定性，是影响遥感器在空间能否正常工作的关键因素。采用CAE技术对空间光学遥感器进行动态刚度及动力学载荷响应分析，旨在考查空间光学遥感器抗外界干扰能力和运载、发射、试验过程抗破坏能力。研究结果表明，空间光学遥感器具有较高的刚度，能够抑制动力学环境干扰，保持良好的动态特性，空间光学遥感器方案可行。
关键词：CAE技术；有限元法；空间光学遥感器；动力学响应；
动力学特性
0 引言
航天光学遥感技术的研究已经开展了50多年，随着遥感数据应用的不断深入，人们对天体和地球观测的要求越来越高，对空间光学遥感器的要求也越来越高。空间光学遥感器在地面运输和发射飞行过程中，将经受各种类型的恶劣力学环境，包括振动、噪声、冲击、加速度等。为了确保空间光学遥感器在空间环境状态下的光学元件结构位置精度及成像质量，以及在发射运载过程中不破坏、不产生残余变形，必须保证空间遥感器结构既具有较轻的重量，又满足足够的强度、刚度和良好的热环境适应性要求。为此，可采用计算机辅助工程（CAE）数值计算方法，应用有限元分析技术对所设计的空间遥感器
空间光学遥感仪器的十项主要技术指标浅析 空间光学是利用航天飞机、卫星、飞船、空间实验室、空间站等空间飞行器，利用光学手段对目标进行遥感观测和探测的科学技术领域。主要手段是把光波作为信息的载体收集、储存、传递、处理和辨认目标信息的光学遥感技术。 空间光学的优势有很多，一是对地观测优势，空间光学可以对地球环绕观测地球的每一个角落，可以对地表成非常清晰的像，对于大气观测，灾害预报，环境监测，资源探测等方面有很大的优势。二是太空没有国界的限制，地表100公里以上的区域还是一片各方都可以涉足的无主之地。三是对外观测，过去人们曾经建过很多地面望远镜，但是地面望远镜受到大气扰动的影响，达不到望远镜的衍射极限分辨率。空间望远镜处于真空环境下，受到大气扰动小，更有利于达到望远镜的衍射极限分辨率。 空间光学遥感仪器的主要技术指标有以下几项： 1）空间分辨率 空间分辨率是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或者大小，是用来表征影响分辨地面目标细节的指标。空间分辨率所表示的尺寸、大小，在图像上是离散的、独立的，它反映了图像的空间详细程度。空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。 目前的空间遥感仪器基本上都是采用CCD或者CMOS作为探测器收集信息的，如果地面分辨率为1m，意味着CCD的一个像元对应地面宽度是1m。 空间分辨率示意图（资料来源：上帝之眼） 2）调制传递函数MTF 从信息角度来看，光学系统作为一个信息系统，输出的信息相对于输入的信息肯定会丢失一部分。我们常常使用对比度来表征这种信息，即MTF=（输出图像的对比度）/（输入图像的对比度），由于输出图像的对比度总是小于输入图像，所以MTF总是处于0-1之间。再根据不同的空间频率，即可获得系统的MTF图。
光电式传感器 1.概述 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。 光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 2.物理特性 2.1外光电效应 2.1.1光子假设 1887年，赫兹发现光电效应，爱因斯坦第一个成功解释光电效应。爱因斯坦根据普朗克量子假说而进一步提出的光量子，即光子概念，对光电效应研究做出了决定性的贡献。爱因斯坦光子假说的核心思想是：表面上看起来连续的光波是量子化的。单色光由大量不连续的光子组成。若单色光频率为n，那么每个 光子的能量为E＝hv, 动量为。 由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photon theory)的两个基本点是：
(1) 光是由一颗一颗的光子组成的光子流。每个光子的能量为E = hv，动量 为。由N个光子组成的光子流，能量为N hv。 (2) 光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。 根据能量守恒定律，约束得最不紧的电子在离开金属面时具有最大的初动 能，所以对于电子应有： 2.2 内光电效应 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 光电效应：当具有一定能量E的光子投射到某些物质的表面时，具有辐射能量的微粒将透过受光的表面层，赋予这些物质的电子以附加能量，或者改变物质的电阻大小，或者使其产生电动势，导致与其相连接的闭合回路中电流的变化，从而实现了光—电转换过程。在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应。属于内光电效应的光电转换元件有光敏电阻以及由光敏电阻制成的光导管等。 2.2.1光电导效应 光照变化引起半导体材料电导变化的现象称光电导效应（又称为光电效应、光敏效应），即光电导效应是光照射到某些物体上后，引起其电性能变化的一类光致电改变现象的总称。当光照射到半导体材料时，材料吸收光子的能量，使非传导态电子变为传导态电子，引起载流子浓度增大，因而导致材料电导率增大。在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。
第３１卷第１２期２００９年１２月 红外技术 ＩｎｆｒａｒｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｂｌ．３１ＮＯ．１２ Ｄｅｃ．２００９空间遥感短波红外成像光谱仪的光学系统设计 王欣，杨波，丁学专，刘银年，王建宇 （中国科学院上海技术物理研究所，上海２０００８３） 摘要：设计了一种短波红外成像光谱仪的光学系统。它采用离轴透镜来校正大视场像差，避免了采用大１２径同心透镜，降低了大１２径透镜获取难度和加工要求，同时校正了狭缝弯曲和畸变；采用两个离轴非球面反射镜作为准直和会聚光学元件，补偿了与波长相关的狭缝弯曲，并减小了残余像差；采用一个色散棱镜来修正非线性色散，满足了光谱分辨率要求，在棱镜背面镀反射膜，简化了结构，减轻了重量。最后给出了各个通道的光谱非线性和光谱弯曲结果。 关键词：短波红外成像光谱仪；离轴校正透镜；色散棱镜；光谱非线性；光谱弯曲 中图分类号：ＴＮ２１６文献标识码：Ａ文章编号：１００１—８８９１（２００９）１２－０６８７—０４ ＴｈｅＯｐｔｉｃａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＳｈｏｒｔｗａｖｅＩｎｆｒａｒｅｄＩｍａｇｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｉｎＳｐａｃｅＷＡＮＧＸｉｎ，ＹＡＮＧＢｏ，ＤＩＮＧＸｕｅ—ｚｈｕａｎ，ＬＩＵＹｉｎ—ｎｉａｎ，ＷＡＮＧＪｉａｎ—ｙｕ （ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌ＆Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｈｏｒｔｗａｖｅｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｕｓｅｄｉｎｓｐａｃｅ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｓａｎｏｆｆ－ａｘｉｓｌｅｎｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｄｊｕｓｔｌａｒｇｅｆｉｅｌｄ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｖｏｉｄｓｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｃｏｎｃｅｎｔｅｒｌｅｎｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｗｏｏｆｆ－ａｘｉｓａｓｐｈｅｒｉｃｍｉｒｒｏｒｓｗｈｉｃｈｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｓｐｅｃｔｒａｌｃｕｒｖｅａｒｅｕｓｅｄｔｏｃｏｌｌｉｍａｔｅａｎｄｆｏｃｕｓｂｅａｍ．Ｏｎｅｐｒｉｓｍｃｏｒｒｅｃｔｓｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎａｎｄｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｅｓｔｏｆｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ．Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｉｓｍａｄｅｉｎｔｈｅｒｅａｒｓｕｒｆａｃｅ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄａｎｄｈａｓａｌｉｇｈｔＷｅｉｇｈｔ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｓｐｅｃｔｒａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎｄｃｕｒｖｅｄａｔａｉｓｓｈｏｗｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｏｒｔｗａｖｅｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ；ｏｆｆ－ａｘｉｓｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｌｅｎ；ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｐｒｉｓｍ；ｓｐｅｃｔｒａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒ；ｓｐｅｃｔｒａｌｃｕｒｖｅ 引言１短波红外成像光谱仪的光学结构设计 成像光谱仪能够同时获取观测目标的空间几何信息和光谱信息，具有独特的信息获取和特征识别能力。它作为一种重要的对地观测手段，在国民经济、科学研究诸多领域有着广泛的应用前景，另外还具备战略战术侦察能力…。 在设计整个成像光谱仪中，光学系统设计决定仪器的最后性能１２ｌ。短波红外光谱仪的光学系统由准直光学系统、色散元件、成像光学系统三个部分组成。相对ＯＡＳＩＳＴＭ和其它棱镜分光结构【４Ｊ，色散元件选择采用一个棱镜分光，满足了光谱非线性的要求，在棱镜背面镀反射膜，取消了利特罗反射镜；离轴校正透镜的采用，调节了光谱仪的畸变，避免了ＯＡＳＩＳ采用大口径透镜同时穿插在准直光束和色散光束中１５Ｊ，减小了大口径透镜的制造难度。 短波红外光潜仪的光学系统与离轴三反望远镜相结合，可以完成在１．４０视场下，对ｌ～２．５¨ｍ（即短波红外波段）色散后的６４个波段分谱段成像。系统的主要指标如下： 光谱范闹：１～２．５Ｕｍ； 物方数值孔径：０．２； 色散范围：１．９２ＩｎｌＴｌ； 平均光谱分辨率：２３．４ａｍ； 光谱弯曲：＜１个像元（像元尺寸为３０ｕｍ）； 变焦比：０．８； 入射狭缝尺寸：１９×０．０３８ｍｍ； 畸变：小于５％ｏ； 光学效率：＞０．４５。 １．１色散元件的选择 收稿日期：２００９－０９—１５１修订日期：２００９—１１－２４． 作者简介：王欣（１９７７一）。女，陕西杨凌人，博上研究ｑ三，上要从事航天遥感红外成像光学系统方面的研究工作。 基金项目：国家８６３项目 ６８７万方数据
第１１卷 第３期２ ０１３年６月光学与光电技术 ＯＰＴＩＣＳ ＆ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．１１，Ｎｏ．３ Ｊｕｎｅ，２０１３收稿日期 ２０１２－０９－２９； 收到修改稿日期 ２０１２－１２－ １３作者简介 张达（１９８１－） ，男，博士，副研究员，硕士生导师，主要从事空间光学遥感仪器的研制、空间光学成像，以及光谱探测技术方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄａ＠ｃｉｏｍｐ ．ａｃ．ｃｎ基金项目 国防预研基金（ＳＡ０５０），国家８６３高技术研究发展计划（２０１０ＡＡ１２２１０９１００１） ，吉林省科技发展计划（２０１１０１０７９ ）资助项目文章编号：１６７２－３３９２（２０１３）０３－００６７－ ０７高光谱遥感的发展与应用 张 达 郑玉权 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３） 摘要 阐述了高光谱遥感的特点、优势，以及在航空及航天领域的发展情况，列举了几种典型高光谱成像仪的光学系统原理和主要技术指标。在此基础上， 概述了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产、海洋、军事等领域的应用情况。最后对高光谱遥感发展趋势提出了几点建议，包括低反射率目标遥感、高信噪比、高空间分辨率及宽覆盖范围等方面。关键词 高光谱遥感；发展；应用；成像光谱仪中图分类号 ＴＰ７０ 文献标识码 Ａ １ 引 言 遥感技术是２０世纪６０年代发展起来的对地 观测综合性技术［１］ ，随着２０世纪８０年代成像光谱 技术的出现， 光学遥感进入了高光谱遥感阶段。从２０世纪９０年代开始， 高光谱遥感已成为国际遥感技术研究的热门课题和光电遥感的最主要手段。 高光谱遥感技术作为对地观测技术的重大突破［ ２］ ，其发展潜力巨大。 高光谱遥感实现了遥感数据图像维与光谱维信息的有机融合，在光谱分辨率上有巨大优势，是遥感发展的里程碑。随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛，已渗透到国民经济的各个领域，如环境监测、资源调查、工程建设等，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到了重大的作用。本文主要阐述高光谱遥感的特点、优势以及在航空及航天领域的发展情况，概括了高光谱遥感在植被生态、大气环境、地质矿产， 海洋军事等领域的应用情况。２ 高光谱遥感特点与优势 高光谱遥感是高光谱分辨率遥感（Ｈｙｐｅｒｓｐ ｅｃ－ｔｒａｌ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ） 的简称［３］ ，它是在电磁波谱的紫外、可见光、近红外、中红外和热红外波段范围 内，获取许多非常窄且光谱连续的影像数据的技 术，是在传统的二维遥感的基础上增加了光谱维，形成的一种独特的三维遥感。对大量的地球表面物质的光谱测量表明， 不同的物体会表现出不同的光谱反射和辐射特征，这种特征引起吸收峰和反射峰的波长宽度在５～５０ｎｍ左右，其物理内涵是不同的分子、 原子和离子的晶格振动，引起不同波长的光谱发射和吸收，从而产生了不同的光谱特征。运用具有高光谱分辨率的仪器，通过获取图像上任何一个像元或像元组合所反映的地球表面物质的光谱特性， 经过后续数据处理，就能达到快速区分和识别地球表面物质的目的［ ４］ 。高光谱遥感的成像光谱仪具有光谱分辨率高（５～１０ｎｍ），光谱范围宽（０．４μｍ～２．５μｍ） 的显著特点，可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息， 所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线，光谱的覆盖范围从可见光、近红外到短波红外的全部电磁辐射波谱范围。高光谱数据是一个光谱图像的立方体，其空间图像维描述地表二维空间特征，其光谱维揭示图像每一像元的光谱曲线特征，由此实现了遥感数据图像维与光谱 维信息的有机融合［ ５］ 。高光谱遥感在光谱分辨率方面的巨大优势，使得空间对地观测时可获取众多连续波段的地物光谱图像， 从而达到直接识别地球表面物质的目的。地物光谱维信息量的增加为遥感对地观测、地物识别及地理环境变化监测提供了
光学遥感常用基础知识 1. 遥感与摄影测量概述 遥感Remote Sensing 遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。 遥感的分类 （1）按遥感平台分 地面遥感：传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等。 航空遥感：传感器设置于航空器上，主要是飞机、气球等。 航天遥感：传感器设置于环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等。光学和雷达都属于航天遥感范畴。 航宇遥感：传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标的探测。 （2）按传感器的探测波段分 紫外遥感：探测波段在0.05~0.38μm之间。 可见光遥感：探测波段在0.38~0.76μm之间。因受太阳光照条件的极大限制，加之红外摄影和多波段遥感的相继出现，可见光遥感已把工作波段外延至近红外区（约0. 9μm）。在成像方式上也从单一的摄影成像发展为包括黑白摄影、红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄影及多波段摄影和多波段扫描，其探测能力得到极大提高。因此我们常见的光学遥感属于可见光遥感范畴。 红外遥感：探测波段在0.76~1000μm之间。 微波遥感：探测波段在1mm~10m之间。雷达属于微波遥感范畴。 多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分为若干窄波段来探测目标。 （3）按传感器类型分 主动遥感：主动遥感由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。我们常用的雷达属于主动遥感范畴。 被动遥感：被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。我们常用的光学属于被动遥感范畴。 （4）按记录方式分 成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像。 非成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。 （5）按应用领域分 可分为环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感等等。 遥感平台Platform 搭载传感器的工具。
自由曲面在空间光学中的应用 在当今的生活中，自由曲面（Free-form ）扮演着越来越重要的角色。如汽车车身、飞机机翼和轮船船体的曲线和曲面都是自由曲面。到底什么是自由曲面？简单来讲，在工业上我们认为就是不能用初等解析函数完全清楚的表达全部形状，需要构造新的函数来进行研究；在光学系统中，光学自由曲面没有严格确切的定义，通常是指无法用球面或者非球面系数来 表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。在我们的日常生活中，打印机、复印机以及彩色CRT中都会用到光学自由曲面。鉴于光学自由曲面 在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，所以，以下就自由曲面在空间光学方面的情况进 行了调研。 一、自由曲面简介 光学自由曲面没有严格确切的定义，通常指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲 面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。光学自由曲面已经渗透 到我们生活中的各个角落，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼镜，就是自由曲面技术在 眼用光学镜片中的成功应用。 自由曲面光学镜片主要有两种：一是自然形成的曲面；二是人工形成的曲面。人工形成 的自由曲面又分为一次成型和加工成型两种形式。 二、自由曲面运用的原因 空间遥感光学系统是在离地200km （低轨卫星）以上的轨道对地面目标或空间目标进行光学信息获取，具有遥感成像距离远的特点。如何在几百公里遥感距离下获得较高分辨率的同时保证较宽的成像幅宽是推动空间遥感光学不断发展的源动力。 光学系统的入瞳直径是决定空间相机地面像元分辨率的主要因素之一，在一定F/#的 前提下，入瞳直径越大，空间相机地面像元分辨率越高。但入瞳直径的增加，意味着所有与 孔径相关的像差增加。受空间环境中力学、热学、压力等因素的制约，当入瞳直径增大到一 定程度（通常200 mm以上），光学系统一般采用反射式或折反射式方案。为了简化光学系统形式，仅采用球面镜是无法平衡由于入瞳直径增加而剧增的像差，然而通过运用自由曲面 的应用，可以解决像差增大的问题。由于自由曲面光学元件具有非对称结构形式，能够提供
FBG光学传感器简介 近几十年以来，电气传感器一直作为测量物理与机械现象的标准设备发挥 着它的作用。尽管它们在测试测量中无处不在，但作为电气化的设备，他们有 着与生俱来的缺陷，例如信号传输过程中的损耗，容易受电磁噪声的干扰等等。这些缺陷会造成在一些特殊的应用场合中，电气传感器的使用变得相当具有挑 战性，甚至完全不适用。光纤光学传感器就是针对这些应用挑战极好的解决方法，使用光束代替电流，而使用标准光纤代替铜线作为传输介质。 在过去的二十年中，光电子学的发展以及光纤通信行业中大量的革新极大地 降低了光学器件的价格，提高了质量。通过调整光学器件行业的经济规模，光 纤传感器和光纤仪器已经从实验室试验研究阶段扩展到了现场实际应用场合， 比如建筑结构健康监测应用等。 光纤传感器简介 从基本原理来看，光纤传感器会根据所测试的外部环境参数的变化来改变其 传播的光波的一个或几个属性，比如强度、相位、偏振状态以及频率等。非固 有型(混合型) 光纤传感器仅仅将光纤作为光波在设备与传感元件之间的传输介质，而固有型光纤传感器则将光纤本身作为传感元件使用。 光纤传感技术的核心是光纤–一条纤细的玻璃线，光波能够在其中心进行传播。光纤主要由三个部分组成：纤芯(core)，包层(cladding)和保护层(buffer coating)。其中包层能够将纤芯发出的杂散光波反射回纤芯中，以保证光波在纤芯中具有最低的传输损耗。这个功能的实现原理是纤芯的光折射率比包层的折 射率高，这样光波从纤芯传播到包层的时候会发生全内反射。最外面的保护层 提供保护作用，避免外界环境或外力对光纤造成损坏。而且可以根据需要要强 度和保护程序的不同，使用多层保护层。
高分辨率遥感卫星的发展综述 ——514104001459鞠乔俊摘要：遥感卫星在近十年内得到了飞速的发展，无论在国民经济建设、减灾防灾与地图测绘，以及军事测绘与情报收集等方面都具有十分广阔的应用前景。目前，高分辨率遥感数据已经成为国家基础性、战略性资源，广泛应用于精确制图、城市规划、土地利用、资源管理、环境监测和地理信息服务等领域。本文对高分辨率成像卫星发展，当前国内外的发展进行了分析研究，对其军事应用与民用现状进行了分析，最后对高分辨率成像卫星及其应用的未来发展做了展望。 关键字：高分辨率遥感卫星发展 1引言 遥感（Remote sensing）是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术。而遥感器用于探测或感测不同波段电磁波谱的发射、反射特性。遥感卫星的问世，使人类研究地球、认识地球的观点从地面、低空扩展到太空，从而可以对地球进行连续、快速、综合和大面积的详细观测，更全面、更清晰、更深刻地了解地球及其周围环境，对国计民生产生巨大的促进作用。遥感卫星也叫对地观测卫星，有光学成像卫星和雷达成像卫星2种，前者携带可见光、红外和多光谱等遥感器，最大优点是分辨率高；后者携带合成孔径雷达等遥感器，最大优点是可以全天候工作。自1999年美国太空成像公司发射世界首颗商业高分辨率遥感卫星IKONOS以来，一度披着神秘面纱的高分辨率卫星影像日益为普通百姓所熟悉，而且正在成为人们生活的一部分。目前，几乎任何人或国家都可以购买世界任何地区的商业高分辨率卫星影像，只要点击鼠标，就能在网上浏览所在城市的高分辨率卫星影像。 高分辨率遥感卫星所带来的巨大军事与经济效益，引起全球民用与军事应用领域的高度重视，出现了各国竞相研究开发高分辨率遥感卫星及其应用技术的热潮，在短短的7年内有了飞速的发展，出现了技术不断扩散的发展趋势。高分辨率遥感卫星的不断发展及技术的扩散，既为我们提供了新的机遇，同时也提出了严峻的挑战。新的机遇是可利用的高分辨率卫星影像资源得到了极大的丰富，面
收稿日期：2011-04-24 基金项目：国家863计划（2008AA121203）资助。 高精度卫星光学遥感器辐射定标技术 郑小兵1,2 （1中国科学院通用光学定标和表征技术重点实验室，合肥230031） （2中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心，合肥230031） 摘要随着长期气候变化等观测新需求和高分辨对地观测等新手段的发展，空间光学仪器面临进一步提高辐射定标精度的要求。文章从空间光学仪器定标精度的制约因素和全过程定标的实现等方面，分析了国际相关领域的技术进展，并就新型定标技术的研究和应用提出建议与展望。 关键词辐射定标光学遥感卫星 中图分类号：V443+.5 文献标识码：A 文章编号：1009-8518(2011)05-0036-08High-Accuracy Radiometric Calibration of Satellite Optical Remote Sensors Zheng Xiaobing （1Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization,Chinese Academy of Sciences ，Hefei 230031，China ） （2Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences ，Hefei 230031，China ） Abstract Climate change monitoring and high resolution earth observation demand higher accuracy of abso -lute calibration for space optical sensors.This paper briefly discusses the progress and constrained factors of cur -rent radiometric calibration techniques.New calibration approaches and instrumentations such as hyperspectral and spectrally tunable reference light sources,and global calibration site network are introduced,and their ap -plications are suggested. Key words Radiometric calibration Optical remote sensing Satellite 1引言 光学辐射定标主要研究光辐射传感器的输出与已知的、用SI 单位表述的输入光辐射之间的定量关系，包括各种光辐射效应的定量化、光辐射的精确测量及其不确定度评估，光辐射传感器的综合特性表征，以及光辐射传感器的工作条件对其性能影响的评估等方面的内容。 光辐射是光学遥感信息的基本载体。各种平台上光学传感器的几何和光谱分辩能力都与其光辐射的准确测量能力直接相关。辐射定标在空间对地观测观测过程中所发挥的主要作用表现为： 1）实现各类光学传感器从预研－工程研制－在轨运行的全过程定标，保证传感器的精度能够满足应用需求； 2）统一不同平台、不同传感器的辐射量化标准，使不同时间、空间条件下获得的遥感信息可以比对、转换和融合； 3）通过动态监测，校正传感器的性能衰变，修正大气、照明条件、环境变化等对测量结果的影响，保证测第32卷第5期 2011年10月 航天返回与遥感SPACECRAFT RECOVERY &REMOTE SENSING 36
光电传感器介绍
光电式传感器 1.概述 2.物理特性 2.1外光电效应 2.1.1光子假设 2.2 内光电效应 2.2.1光电导效应 2.2.2光电转换元件 3.光电式传感器 3.1工作原理 3.2光电传感器分类 4.光电传感器应用 4.1光电传感器优点 4.1.1光电式带材跑偏检测器 4.1.2包装充填物高度检测 4.1.3光电色质检测 4.1.4烟尘浊度监测仪 4.1.5其他方面的应用 5.光纤传感器 5.1基本工作原理 5.2光纤的种类与特性 5.3光纤传感器的应用
6.常用光电传感器及生产厂家和参数 光电式传感器 1.概述 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。 光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位
移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。 2.物理特性 2.1外光电效应 2.1.1光子假设 1887年，赫兹发现光电效应，爱因斯坦第一个成功解释光电效应。爱因斯坦根据普朗克量子假说而进一步提出的光量子，即光子概念，对光电效应研究做出了决定性的贡献。爱因斯坦光子假说的核心思想是：表面上看起来连续的光波是量子化的。单色光由大量不连续的光子组成。若单色光频率为n，那么 每个光子的能量为E＝hv, 动量为。 由爱因斯坦光子假说发展成现代光子论(photon theory)的两个基本点是： (1) 光是由一颗一颗的光子组成的光子流。每个光子的能量为E = hv， 动量为。由N个光子组成的光子流，能量为N hv。 (2) 光与物质相互作用，即是每个光子与物质中的微观粒子相互作用。 根据能量守恒定律，约束得最不紧的电子在离开金属面时具有最大的初动 能，所以对于电子应有： 2.2 内光电效应 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。 光电效应：当具有一定能量E的光子投射到某些物质的表面时，具有辐射能量的微粒将透过受光的表面层，赋予这些物质的电子以附加能量，或者改变物质的电阻大小，或者使其产生电动势，导致与其相连接的闭合回路中电流的变
光电传感器的分类及应用 [摘要]：传感器是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。光电传感器作为传感器中的重要一员，广泛应用在社会生活的各个方面。本文简介了光敏二极管的原理，并简单介绍了常见的五种光敏传感器工作原理及应用场合，同时结合传感器的工作原理，举例说明了传感器在日常生活的常见应用。 [关键字]光电传感器光电传感器光敏二极管 在当今信息时代，传感器已经渗透到各行各业。在生活中，我们常常依靠传感器来实现监测和自动调节功能。在高新技术领域，微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得传感器的应用与日俱增。光电传感器以光电效应为理论基础,由光电材料构成，具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，在检测和控制中应用非常广泛。 光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，而光电材料是光电传感器中的重要组成部分。光照在光电材料上时,材料表面的电子吸收能量。当电子吸收的能量足够大时，电子会克服原子核对它的束缚力，脱离材料表面而进入外界空间,从而改变光电材料的导电性。光电传感器是采用光电材料作为检测的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器中常用的光电元件是光敏二极管和光敏三极管。光敏二极管的工作原理是光照照到P-N结上时，吸收光能并转换为电能。光敏二极管在光敏元件中有两种工作状态：（1）当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。（2）光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。当有光照时，光敏二极管输出电流。光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能。因此与光敏二极管相比，光敏三极管有更高的灵敏度。光敏二极管与光敏三极管在光电传感器中起着重要决定性作用。 光敏传感器工作时，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管、激二极管及红外发射二极管，光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度，接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成，在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等，在其后面是检测电路，它能滤出有效信号，此外，光电关的结构元件中还有发射板和光导纤维。1 光电传感器主要有以下五种。
光学传感器简介 光学传感器种类主要有激光、红外光、照度、可见光以及图像传感器等等，它们分别利用光的一些固有特性，快速发展起来的传感技术。比如，激光的出现，使无线电技术和光学技术突飞猛进、相互渗透、相互补充。现在，利用激光已经制成了许多传感器，解决了许多以前不能解决的技术难题，使它适用于煤矿、石油、天然气贮存等危险、易燃的场所。还有用激光制成的光导纤维传感器，能测量原油喷射、石油大罐龟裂的情况参数。在实测地点，不必电源供电，这对于安全防爆措施要求很严格的石油化工设备群尤为适用，也可用来在大型钢铁厂的某些环节实现光学方法的遥测化学技术。 而磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度，这就是磁光效应。也就是可以通过旋转的角度来测量外加的磁场。在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，这样就可以用来测量特定 的物理量。 环境光传感器今年来在消费电子产品中得到广泛的应用，它可以用来感知周围光线情况，并告知处理芯片自动调节显示器背光亮度，降低产品的功耗。例如，在手机、笔记本等移动应用中，显示器消耗的电量高达电池总电量的30%，采用环境光传感器可以最大限度地延长电池的工作时间。另一方面，环境光传感器有助于显示器提供柔和的画面。当环境亮度较高时，使用环境光传感器的液晶显示器会自动调成高亮度。当外界环境较暗时，显示器就会调成低亮度，实现自动调节亮度。 光学传感器在我们生活中应用非常普遍，早期相机里面的图像传感器就是光