超轻空间同心光瞳编码光学成像技术研究

结合目前国内外空间观测应用需求及今后发展趋势，本课题从该领域研究创新概念性出发，研究超轻空间同心光瞳编码光学系统的成像理论；提出一种大口径主镜同心稀疏光瞳编码的设计思想，研究大口径编码结构的设计方法，总结发现空间编码光学系统中不同编码结构对光学成像特性的影响规律；通过建立编码结构的数学模型，探讨大口径编码结构的孔径优化分布设计方法，在光学传递函数满足图像解码的条件下，获得最优易实现的编码结构；研究如何协同空间编码光学系统与数字解码处理，获得最优的图像信息数字解码恢复方法。建立空间同心光瞳编码光学系统仿真性成像实验装置，验证实际空间同心光瞳编码光学系统的成像特性。得到一种主镜采用易实现的超轻同心编码新结构，且具有传统大口径光学系统相当分辨率的超轻空间同心光瞳编码光学系统。

为提高空间光学遥感技术的能力，要求光学系统具有更高的分辨率。增大光学系统口径是提高空间分辨率的有效途径，然而大口径元件的运用受到光学材料、重量、加工、制造成本和运载能力等因素的制约。因此，探索新理论、新方法和新技术，突破空间光学系统口径增大的限制迫在眉睫。本项目提出一种环扇形主镜光瞳编码光学系统，为大型和超大型空间光学系统的研究和实现提供了一种新的解决方案。. 环扇形光瞳编码技术旨在对大口径光学系统主镜光瞳进行稀疏编码，在探测器上形成模糊的中间像，通过数字图像解码手段恢复成清晰的最终像。它是一种冗余稀疏孔径结构，便于加工、装调，工程实施性强。环扇形光瞳结构的主镜，其重量可减少到全孔径主镜重量的25%及以上，轻量化效果明显，可有效地解决大口径、高分辨率与大体积、大重量之间的矛盾，具有非常实际的应用前景。. 环扇形光瞳编码技术是将光学设计和数字图像处理相结合，其光学系统的分辨率图像经过数字图像复原后，可达到与全孔径系统的分辨率相当水平，有明显的潜在应用优势。. 环扇形光瞳结构的应用可使光学系统对对彗差、像散等轴外像差有一定的抑制作用，而且能在大的离焦范围内，其光学传递函数对离焦不敏感，具有非常实际的应用前景。