光學系統低溫環境下輻射特性研究

《光學系統低溫環境下輻射特性研究》是依託哈爾濱工業大學，由譚凡教擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光學系統低溫環境下輻射特性研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：譚凡教

項目摘要

空間光學系統輻射特性研究是空間光學系統研究與最佳化設計的必要環節，是空間光學遙感器性能評估、預測、套用不可逾越的過程。然而在空間低溫環境下，光學系統承受低溫環境、力學條件的雙重作用，其輻射特性較常溫狀態截然不同。而目前我國空間光學領域研究低溫環境下系統光學輻射特性仍然缺乏理論基礎。本項目以輻射度學和形體非線性形變理論為方法，基於雙向反射分布函式（BRDF）進行系統光學輻射特性的基礎理論研究，著力研究光學系統在低溫環境下的系統形體非線性形變和表面微觀非相似性對系統輻射特性的作用機理模型。並建立低溫環境試驗，驗證形變特性對輻射特性的作用模型，並將模型套用於典型空間光學系統和針對系統構件進行低溫環境下輻射模型驗證試驗。該項目研究填補我國空間光學系統在低溫環境下輻射特性研究的空白，對空間光學遙感技術研究具有突破性的基礎探索研究價值和深遠的研究意義，也為深冷空間光學系統設計與套用提供新理論和方法。

結題摘要

空間光學遙感器面對的是平均溫度為4K 的宇宙深冷空間背景，此時遙感器探測系統主要的背景輻照來源不是宇宙深冷空間背景，而是系統本身；而且對於以深冷空間為背景的遙遠目標，要提高對遙遠目標的輻射學探測靈敏度，在不能提高目標的輻照度的情況下，最佳化設計系統輻射特性是唯一有效的方法。因此空間光學系統輻射特性是空間光學系統特性研究與最佳化設計的必要環節，對於空間光學遙感器的設計、套用、成像特性評估與最佳化、系統探測靈敏度預測與最佳化設計等都是不可逾越的過程。本項目考慮在低溫環境下光學系統形體特性的非線性變化和微觀結構非相似性變化，基於BRDF建立光學系統輻射特性理論模型；基於成像頻譜特性建立系統輻射與系統信號對比度調製函式的關係模型，從成像角度表征系統輻射特性的相對溫變規律。並針對空間光學系統，建立驗證試驗，檢驗四種常用結構材料和光學材料的光學系統其輻射與系統低溫形體之間的模型關係，並根據試驗結果來完善模型，形成完備的形體輻射特性理論模型，經驗證模型不確定度在5%以內。針對典型空間離軸三反光學系統，套用所建立的模型和測試方法，獲得了空間離軸三反望遠系統的低溫環境下系統輻射對系統探測靈敏度、像質傳遞函式的影響特性，系統在250K時系統特性出現較大波動，系統環境最低探索溫度達到230K。本項目進行空間光學系統在低溫環境下系統輻射特性的基礎研究，解決了系統低溫輻射特性研究所面臨的困難，填補我國空間光學系統在低溫環境下輻射特性研究的空白，對空間光學遙感技術研究具有突破性的基礎探索研究價值和深遠的研究意義，項目研究方法和成果可以為低溫特性研究提供基礎理論方法，推動我國空間光學遙感技術發展和提高，也為深冷空間光學系統設計與套用提供新理論和技術方法，擴展我國深冷空間光學系統設計和套用範圍。