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红外遥感技术在军事方面的运用摘要：目前国际军事形势总体上趋于缓和，但天下并不太平，展望21世纪，国际关系错综复杂，世界各种力量不断分化组合。
交流与合作，斗争与竞赛交织在一起，将是21世纪国际安全环境和军事形势的基本形态。
而随着高科技技术在军事领域的广泛应用，现代战争已进入了高技术阶段，由于战争中高级技术武器装备的大量使用和新的作战理论的先导作用，引起了战争形态的重大变革。
从而导致了战争规模，样式和进程的变化。
战争已由简单的身体对抗化为智慧的较量。
正文：遥感技术是指安装与平台上的传感器，以电磁波为信息传播媒介，从遥远的地方感知地球表面和一定空间范围内的对象，从而识别地面物体的全过程，他是与航空遥感，在20世纪60年代发展起来的移民新型的综合性的边缘学科，从70年代以来，随着新的航天遥感平台的不断升空，新型传感器的研制，航天遥感技术的发展。
应用领域从军事应用发展到一地球环境和资源的监测和研究为目标的尖端技术。
在现代化战争中，军事侦察，监视与制导已完全离不开遥感技术。
一、红外线的起源与发展1800年，英国天文学家F.W.赫歇耳发现了红外线。
红外技术在军事上的实际应用始于第二次世界大战期间。
当时,德国研制和使用了一些红外技术装备,其中有红外通信设备和红外夜视仪，它们都属于主动式红外系统。
战后，由于红外光子探测器和透红外光学材料的迅速发展，红外技术的应用引起军事部门的重视。
此后，红外技术的发展方向集中在被动式系统上。
50年代，红外点源制导系统应用于战术导弹上。
60年代，红外技术的军事应用已相当广泛，如已应用于制导、火控、瞄准、侦察和监视等。
60年代中期，出现了光机扫描的红外成像技术。
70年代，红外成像技术获得迅速发展，热成像系统和电荷耦合器件的应用是这一时期的重要成果。
80年代,红外技术进入研制镶嵌焦面阵列（CCD阵列）系统的新时期。
二、红外线的基本概念自然界中, 一切温度高于绝对零度摄氏-273.16 的物体都不断地辐射着红外线, 这种现象称为热辐射。
微纳卫星光学有效载荷的发展机遇与挑战傅丹膺;满益云;李瀛搏;孙燕萍;周宇;施思寒;刘佳【摘要】目前,微纳卫星已成为航天活动的热点领域之一,向着高性能、智能化、网络化方向发展,在航天创新发展中的作用越来越突出.微纳光学载荷要求具有体积小、质量轻、成本低等特点,各类新型微纳光学载荷技术不断发展,提供了新的解决方案.文章介绍了光学遥感微纳卫星的整体技术发展情况,结合低成本商业遥感等应用方向,分析了微纳卫星光学有效载荷的发展趋势和新型微纳卫星载荷发展面临的机遇与挑战,提出了微纳光学载荷的设计理念和关键技术,论证了在轨深度数据处理对微纳卫星星座的重要意义.文章为研制成本低、分辨率高和机动性能力强的微纳型遥感卫星提供技术基础,并提出了中国光学遥感微纳卫星的后续发展建议.【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2018(039)004【总页数】6页(P64-69)【关键词】光学遥感载荷;光学设计;新材料;一体化;微纳卫星【作者】傅丹膺;满益云;李瀛搏;孙燕萍;周宇;施思寒;刘佳【作者单位】航天东方红卫星有限公司,北京 100094;钱学森空间技术实验室,北京100094;北京空间机电研究所,北京 100094;先进光学遥感技术北京市重点实验室,北京 100094;航天东方红卫星有限公司,北京 100094;航天东方红卫星有限公司,北京 100094;航天东方红卫星有限公司,北京 100094;航天东方红卫星有限公司,北京100094【正文语种】中文【中图分类】V474.20 引言目前，国际上一般认为微纳卫星是指质量在100 kg以下的卫星，其中10~100kg 的称为微卫星，小于 10kg的称为纳卫星。
近年来随着微系统技术的发展，国际上微纳卫星领域较为活跃，各种高性能微纳卫星计划层出不穷，特别是在光学遥感领域，出现了众多亮点项目。
如：美国天空盒子成像公司（Skybox Imaging）的“天空卫星 1号”（SkySat-1）卫星（质量约90kg）是首颗实现优于1m分辨率光学成像的微纳卫星[1-4]；阿根廷卫星逻辑公司（Satellogic）发射的Nusat-1卫星（质量约37kg）实现1m分辨率可见光成像能力；美国行星实验室公司（Planet Labs）的“鸽群 1号”系列卫星（Flock-1）（3U）实现了3~5m分辨率成像和星座化运行[5]。
第５２卷 第１期 激光与红外Ｖｏｌ．５２，Ｎｏ．１ ２０２２年１月 ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤＪａｎｕａｒｙ，２０２２
文章编号：１００１５０７８（２０２２）０１０１０２０８·光学技术·星载高分辨率红外双谱段遥感器光学系统设计
王保华，刘志敏，唐绍凡，王媛媛（北京空间机电研究所，北京１０００９４）
摘 要：针对高精度红外遥感成像的应用需求，提出了高空间分辨率、高噪声等效温差和大幅宽的中波／长波红外双谱段遥感成像技术方案，在太阳同步轨道获取地面目标的中波和长波红外辐射信息，谱段范围分别为３～５μｍ和８～１２μｍ，中波红外谱段空间分辨率优于５ｍ，长波红外谱段空间分辨率优于１０ｍ，幅宽大于２０ｋｍ，噪声等效温差优于６０ｍＫ。根据噪声等效温差和光学传递函数等要求优化了光学系统指标参数，分析了二次成像同轴三反光学系统的冷光阑匹配原理，计算了光学系统初始结构参数，设计了光阑匹配型和出瞳匹配型中波／长波红外双谱段一体化光学系统，比较了两种方案光学系统的冷光阑匹配效果。关键词：光学遥感；红外双谱段；光学设计；冷光阑匹配中图分类号：Ｏ４３９ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０２２．０１．０１７
ＯｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｏｆｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｄｕａｌｂａｎｄＩＲｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｏｒ
ＷＡＮＧＢａｏｈｕａ，ＬＩＵＺｈｉｍｉｎ，ＴＡＮＧＳｈａｏｆａｎ，ＷＡＮＧＹｕａｎｙｕａｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｎｆｒａｒｅｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｍａｇｉｎｇ，ａｍｉｄｄｌｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｌｏｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｎｆｒａｒｅｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｍａｇｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｎｏｉｓｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ＮＥＴＤ）ａｎｄｌａｒｇｅｓｗａｔｃｈｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｉｔｃａｎｇｅｔｔｈｅｍｉｄｄｌｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｌｏｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｔａｒｇｅｔｓｏｎｓｕｎｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｏｒｂｉｔｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｒａｎｇｅｏｆ３～５μｍａｎｄ８～１２μｍｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｄｄｌｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ５ｍ，ａｎｄｔｈｅｓｐａｔｉａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏｎｇｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ１０ｍ，ｓｗａｔｃｈｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ２０ｋｍ，ａｎｄｔｈｅＮＥＴＤｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎ６０ｍＫ．ＴｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｐｅｎｄｏｎＮＥＴＤａｎｄｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＭＴＦ）．Ｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｔｈｅｏｒｙｏｆｃｏｌｄｓｈｉｅｌｄｏｎｒｅｉｍａｇｉｎｇｃｏａｘｉａｌｔｈｒｅｅｍｉｒｒｏｒｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｗｏｄｕａｌｂａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｒｅｉｍａｇｉｎｇｏｆｆａｘｉｓｔｈｒｅｅｍｉｒｒｏｒｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｄｕｅｔｏｍａｔｃｈｉｎｇｆｏｒｍｏｆｃｏｌｄｓｈｉｅｌｄａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｒｅｓｕｌｔｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ；ｄｕａｌｂａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｌｄｓｈｉｅｌｄｍａｔｃｈｉｎｇ
航天光学遥感器光学装调技术现状与展望伏瑞敏;岳丽清【摘要】航天光学遥感器工作于太空中,长期恶劣的空间环境及短暂发射入轨时的状态对光学系统的设计与装调提出了苛刻的要求,确保光学系统在轨像质优异是航天光学遥感器研制的关键技术.文章结合国际上航天光学遥感器的发展需求对光学系统装调技术及发展现状进行了分析、总结,提出了中国后续航天光学遥感器装调与测试技术的突破方向.%With the tough working environment in the space and the temporary state during the launching procedure, higher demands of the design and alignment of optical system are required. Based on the analysis and summarization on the present and developing state of alignment technology for optical system, which has been used to meet the development requirements for foreign space remote sensor, this paper presents the direction of the alignment and testing technology of domestic space optical remote sensor.【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2011(032)003【总页数】6页(P30-35)【关键词】光学系统；装调技术；航天遥感；综述【作者】伏瑞敏;岳丽清【作者单位】西北工业大学，西安7100072;北京空间机电研究所，北京100190;北京空间机电研究所，北京100190【正文语种】中文【中图分类】TP7051 引言航天光学遥感器工作于外太空环境中，其发射入轨阶段的加速度及震动、入轨后辐射、真空等环境对光学系统的设计及装调提出了不同于地面光学仪器设备的苛刻要求。
航天光学遥感器的装调必须结合使用环境的需求，要保证各光学元件位于正确的位置并符合严格的面形要求，还需要保证光学元件的高可靠性，对于大口径光学系统还应考虑重力影响。
总之，保证遥感器的光学系统在轨像质优异是遥感器光学装调追求的最终目标。
2 国外航天光学遥感器发展介绍航天光学遥感器光学装调技术与遥感器的发展需求是紧密结合在一起的。
自从人类发射第一颗遥感卫星以来，卫星遥感图像的空间分辨率不断刷新，20世纪70年代美国陆地卫星分辨率为50m，80年代法国SPOT系列卫星的分辨率达10m，到1992年美国的KH-12卫星分辨率提高到了0.1m的量级[1-2]。
空间分辨率的提高与光学系统的参数密切相关，最突出的就是光学系统的焦距越来越长，口径越来越大。
遥感器的发展一方面带动了光学加工、检测、装调技术的迅猛发展，同时其最终指标的实现与光学加工、检测、装调的水平密切相关，二者相辅相成。
随着光学技术的发展，航天光学遥感器的光学系统型式从折射式、折反式逐渐向反射式发展，逐步形成反射式光学系统占主导的趋势。
同时，光学零件的材料、形状等也在发生着概念性的改变。
以美国为例，其Landsat系列、KH系列卫星光学系统在前期均为折射式系统，从Landsat、KH系列后期及IKONOS、QuickBird等其他系列卫星开始大量采用反射式光学系统；光学系统焦距从以往的几百毫米逐步向几米、几十米发展；口径从以往的几十毫米、几百毫米向超过1m发展。
由于反射式系统对镜体内部的气泡或条纹的要求比折射式系统的要求低，因此在材料的选择上逐渐选用非传统材料以减轻整个相机的质量。
目前国内外常用铍（Be）、铝（Al）、融石英（Fs）、微晶玻璃（Mc）及钛（Ti）、碳化硅（SiC）作为镜坯材料。
国外已经成功在轨运行的几种光学技术指标见表1[3-8]。
表1 国外主要光学遥感器光学系统技术指标?光学遥感器光学系统型式的发展可以从以下两方面概括：1）随着光学系统口径增大、焦距加长，反射式系统占主导，且在光学零件及支撑结构方面大量采用SiC等新型材料，以减轻总质量。
2）当主镜口径超过700mm以上时，三反同轴（Three MirrorAnastigmat,TMA）系统使用更多一些；三反离轴主要应用于中等口径及焦距的系统上，该形式具有视场角大（2.1°）、MTF高的特点，在轨成功运行最大口径为QuickBird-2的主镜600mm，焦距8.8m，其它光学系统主镜的口径均在123～218mm，焦距均在1～2m。
由于三反同轴系统的结构对称性、工程可实现性及相比离轴系统体积、质量与图像品质间的性价比更优等特点，应用前景会更好。
3 遥感器相关光学装调技术及发展现状空间遥感器涉及光、机、电、热等多专业，遥感器的光学装调实际是光、机、热系统设计实现的过程。
装调性能的评判分为3个层次：1）装调后的光学像质；2）经历环境实验后的光学像质；3）入轨后的光学像质。
最终评判以入轨图像像质为标准。
光学装调是光学系统设计的实现过程，涵盖了对光学材料均匀性、折射率等的控制，光学零件面形、几何尺寸的检测，装调过程空间位置的控制及装调后系统性能的检测多个环节。
光学装调技术与航天光学遥感器光学系统的型式是密切相关的。
随着光学遥感器的发展，遥感器光学系统型式的转变和光学系统口径的增大，都带动了光学装调技术的进步。
同时，光学装调技术与光机设计技术是紧密联系的，即使是对于同一种光学系统形式，也会由于不同的光机结构设计而采用不一样的光学装调技术。
由于遥感器的形式多样性，以及光机设计的方案变化，在光学装调中，光学组件固定方式也从单一托框形式向背板、背部支撑等多种方式发展，系统固定方式从以往的筒式发展成框架式、杆式、箱式等多种形式。
上述几种典型的遥感器结构型式见图1。
图1 几种典型的遥感器结构型式在早期的光学遥感器中，受加工能力与检测技术能力的限制，为满足光学成像的要求，在光学装调中均采用“预留公差型”装调技术。
所谓“预留公差型”是依据光学设计所确定的各项公差，首先进行零部件的加工，而后再通过装调设备来控制装调环节的各项调整偏差。
在这个过程中，所有偏差项目都是依据设计图纸事先设定，因而会导致加工误差与装调误差分别独立地作用于光学系统的组装、调试过程中。
这种装调方式不能等量地直接预估最终系统成像品质，主要应用于折射式光学系统的装调，装调流程如图2所示。
图2 预留公差型光学装调流程图随着计算机技术的迅猛发展，光学装调技术已经从早期的“预留公差型”向“误差补偿型”发展。
“误差补偿型”是根据光学设计给定的公差范围，综合考虑加工误差与装调误差的叠加作用，通过调节光学系统中一个或多个元件的空间位置补偿其他元件空间位置误差引起的附加像差。
“误差补偿型”装调技术在仿真与计算机技术飞速发展的带动下形成并逐步完善，在反射式光学系统及新型光学系统的装调过程中，这种装调方式更为实用。
对于折射式光学系统，由于系统光学零件比较多，相应装调过程控制的各项元素也非常多，很难通过单一或几个元件的空间位置补偿其它光学元件空间位置误差造成的附加像差。
基于上述因素并考虑光学遥感器光机结构设计的可靠性需求，将“预留公差型”与“误差补偿型”装调技术相互结合，形成了全过程仿真像质预估装调技术，即在原有预留公差型装调技术基础上，利用现代化的测试技术和计算机技术，实时测量装调过程中的各控制参数；根据测量结果对光学系统进行实时的像质仿真预估，再依据像质仿真预估的结果来指导、确定、调整相关参数。
随着仿真精度的提高，全过程仿真像质预估技术在反射式、折射式光学系统装调过程广泛使用，并且逐渐成为光学系统装调过程问题诊断及解决的有效方法。
图3为全过程仿真像质预估方法光学装调流程示意图，从该流程可以发现：计算机技术在光学装调过程中发挥着重要的作用，计算机技术的飞速发展在促进反射式光学系统在遥感器中大量应用的同时，还促进了光学装调全过程数字化制造技术的应用。
图3 全过程仿真像质预估装调方法光学装调流程图4 航天光学遥感器光学装调核心技术分析从遥感器的发展趋势来看，大口径反射式光学系统的应用越来越广泛，因而对装调技术也提出了新的要求。
首先，反射镜口径增大导致反射镜质量急剧增加，必须提高反射镜轻量化程度。
但由此会造成装调精度更容易受装配应力、热环境变化、零件残余应力等因素的影响，加上地面重力环境与在轨空间环境的差异，给在地面重力环境下装调、检测带来了许多问题。
因此，大口径反射镜的装调、检测成为光学装调过程中必须解决的关键技术。
其次，受光学反射镜加工、检测能力的限制、运载工具对有效载荷体积和质量的约束及成本的制约，传统的整体主镜光学系统难以满足系统反射镜口径越来越大的要求，因此出现了空间可展开光学系统和稀疏孔径成像系统等新的成像系统，这给光学系统的装调与检测带来了新的挑战。
大口径反射式光学系统的广泛应用，使“误差补偿型”技术得到全面应用，检测技术与仿真分析技术贯穿于光学装调每一过程，二者已经成为光学装调中的关键环节，特别是对于空间可展开光学系统以及稀疏孔径成像系统等新型光学系统。
目前，国际上航天光学遥感器光学装调技术的发展趋势主要体现在以下两方面：（1）大口径反射镜检测技术的突破对于采用单块主镜的光学系统来说，建立地面状态下与在轨状态下大口径反射镜面形品质评价的相关性，是确保相机光学系统在轨性能优异的关键技术。
大口径反射镜的地面装调检测与检测设备、检测现场的搭建、测试方法、数据处理和仿真分析等因素密切相关，考虑在轨微重力环境，系统的光轴是水平方向还是竖直方向是装调检测环节应重点分析的内容。
为建立大口径反射镜面形品质在地面时与在轨时的评价相关性，光学系统在地面装调时可采用带误差装调的方式，即让光学系统带有一定的装调误差，当带误差装调后的光学系统在轨运行时该装调误差能够在微重力环境下得到修正进而满足相机在轨后的性能要求。
这样的装调方式对反射镜的地面检测、空间微重力影响的仿真、数据处理的真实可靠性提出了更高的要求。
成功应用带误差装调的事例是IKONOS-2卫星。
该卫星主镜为口径700mm的抛物面，质量仅13.4kg，在磨、抛反射面的过程中，通过严格计算引入了适当的表面误差，以补偿在轨时由于重力释放产生的面形改变，从而保证相机的在轨成像性能接近于衍射极限。
另外，对于大口径反射镜，也可采用主动或被动卸载技术来保证其装调品质。
通过卸载技术或在轨解锁，使大口径反射镜的面形品质在地面装调检测与在轨成像这两种不同的环境状态下均满足设计像质要求。
