本书针对我国空间光电技术发展的需要，比较系统地总结作者及所在团队多年来的科研实践，提出相关技术研究与系统设计的基本原理和实现方法。全书共十章。前五章主要阐述空间光电领域的一些技术问题，包括空间光电技术的研究进展、大气信道影响与光学补偿、光学系统质量评价、空间目标的光学探测及光学动态跟瞄等技术；后五章重点介绍空间光学系统的设计方法，包括折射式及反射式系统光学设计、空间激光通信系统光学设计、太阳模拟器及地球模拟器系统的光学设计等。
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第1章 绪论1
1.1 空间光电技术研究的必要性1
1.1.1探测与利用空间资源的需要1
1.1.2探测与规避空间碎片的需要3
1.1.3开展空间活动与维护国家安全的需要4
1.1.4建设天地一体化信息网络的需要7
1.2 空间环境特性的研究现状9
1.2.1空间目标的分类与特点9
1.2.2太阳辐射及地球辐射11
1.2.3空间目标的光辐射15
1.2.4大气的垂直结构特性16
1.3 我国空间光电技术研究进展与仪器简述18
1.3.1空间光电技术研究进展18
1.3.2空间光电仪器简述22
第2章 大气信道传输特性及补偿技术24
2.1 大气信道影响分析24
2.1.1大气衰减影响24
2.1.2大气湍流影响26
2.2 大气湍流模拟装置及特性分析28
2.2.1大气湍流模拟装置概述28
2.2.2大气湍流模拟装置原理及组成29
2.2.3大气湍流模拟装置特性及测试31
2.3 大气引起的光强闪烁及补偿技术34
2.3.1太气湍流引起光强闪烁效应34
2.3.2基于液晶的激光光强控制35
2.3.3试验小结40
2.4 大气引起的到达角起伏及补偿技术40
2.4.1大气湍流引起到达角起伏效应40
2.4.2哈特曼传感器测量到达角起伏原理42
2.4.3基于哈特曼传感器的光轴精密定位技术实验分析43
2.4.4实验小结50
2.5 大气对激光偏振特性影响及应用补偿技术51
2.5.1光波的偏振特性51
2.5.2大气对激光偏振特性的影响52
2.5.3激光偏振特性的应用举例55
2.6 其他补偿技术60
2.6.1典型的自适应技术60
2.6.2其他抑制技术62
第3章 光学系统质量评价与公差制订69
3.1 评价光学系统成像质量的几种方法69
3.1.1中心点亮度法69
3.1.2瑞利判断法69
3.1.3分辨率法69
3.1.4星点检验法69
3.1.5光学传递函数法70
3.2 0TF的基本概念70
3.2.1定义70
3.2.2调制度70
3.2.3截止频率71
3.2.4规化频率71
3.2.5特征频率71
3.3 0TF的计算71
3.3.1线扩散函数71
3.3.20TF的计算72
3.3.3计算OTF方法的总结归纳75
3.3.40TF计算实例76
3.3.5中心遮搓对OTF的影响77
3.4 光学成像中其他环节的传递函数78
3.4.1人眼78
3.4.2底片79
3.4.3摄像管79
3.4.4微通道板80
3.4.5大气抖动81
3.4.6机械振动81
3.4.7像移82
3.4.8光学投影屏83
3.4.9CCD探测器83
3.4.10传递函数连乘法83
3.5 用OTF评价光学系统成像质量83
3.5.1传递函数单值化84
3.5.2用OTF评价像质方法85
3.5.3用特征频率法评价光学系统质量举例87
3.6 成像光学系统总性能的单一评价指标91
3.6.1基本思想91
3.6.2计算公式92
3.6.3物理意义94
3.7 光学系统技术经济公差97
3.7.1现状97
3.7.2基本思想与目标函数97
3.7.3约束条件98
3.7.4技术经济公差数学模型100
第4章 空间目标光电探测技术101
4.1 空间碎片探测现状101
4.1.1空间碎片现状101
4.1.2空间碎片光学探测现状102
4.1.3空间碎片光学探测方法104
4.1.4空间碎片光学探测难点106
4.2 光谱偏振成像探测技术106
4.2.1光谱偏振成像探测技术内涵与各自技术优势106
4.2.2先谱偏振成像探测难点111
4.2.3光谱偏振成像探测总体方案及相关技术进展112
4.3 激光探测成像通信技术116
4.3.1国内外现状及发展趋势116
4.3.2具有合作目标的激光探测成像通信系统119
4.3.3空间碎片激光探测成像通信系统122
第5章 动态目标光电跟瞄技术127
5.1 光电动态跟瞄理论分析127
5.1.1反射镜（棱镜）转动定理127
5.1.2反射镜（棱镜）微量转动定理127
5.1.3反射镜（棱镜）极值轴向及特征方向128
5.1.4光学组件与系统稳像原理128
5.2 火控动态性能测试中跟瞄技术132
5.2.1总体设计思想132
5.2.2测试项目与方法133
5.2.3动态跟瞄技术134
5.2.4应用与对比140
5.3 点对点空间激光通信中跟瞄技术141
5.3.1光电跟瞄的基本原理141
5.3.2光电跟瞄主要参数分析142
5.3.3光电跟瞄系统设计144
5.3.4结论147
5.4 一点对多点空间激光通信中跟瞄技术147
5.4.1APT技术147
5.4.2原理装置与实验150
5.4.3应用前景152
第6章 折射式空间光学系统设计153
6.1 引言153
6.2 色差及二级光谱154
6.2.1色差154
6.2.2二级光谱157
6.3 长焦距复消色光学系统设计方案159
6.3.1纯反射系统159
6.3.2折反系统160
6.4 衍生二级光谱分析165
6.4.1衍生二级光谱165
6.4.2讨论167
6.5 设讦举例168
第7章 反射式空间相机光学系统设计174
7.1 主要性能要求174
7.1.1性能与指标要求174
7.1.2结构设计与热设计要求175
7.1.3电磁兼容性设计176
7.1.4可靠性要求及设计176
7.2 同轴光学系统设计176
7.2.1同轴两镜系统研究178
7.2.2同轴三镜系统研究179
7.2.3同轴光学系统小结192
7.3 离轴光学系统设计192
7.3.1国内外一些离轴TMA相机192
7.3.2离轴两镜反射系统研究193
7.3.3离轴三反射镜系统的研究196
7.4 其他反射光学系统研究205
7.4.1四次反射的三反射镜系统205
7.4.2五反射镜光学系统218
7.4.3反射式施密特系统218
7.4.4小结219
第8章 空间激光通信光学系统设计221
8.1 空间激光通信简介221
8.1.1发展进程及主要优点221
8.1.2系统工作原理222
8.1.3系统主要组成222
8.2 光学系统总体分析223
8.2.1使用要求223
8.2.2结构形式223
8.2.3口径计算224
8.2.4发散角和视场角计算224
8.3 光学系统优化设计226
8.3.1材料选择226
8.3.2主镜设计227
8.3.3中继组件设计228
8.3.4消杂光设计229
8.3.5激先光束整形与准直230
8.4 一对多激光通信组网光学原理探讨236
8.4.1光学天线原理237
8.4.2光学总体方案239
8.4.3几种激光通信组网光学原理分析对比240
第9章 太阳模拟器光学系统设计246
9.1 概述246
9.1.1真实太阳光辐照特征246
9.1.2太阳模拟器的主要技术参数与分类247
9.1.3有关太阳模拟器国家标准248
9.1.4太阳模拟器的发展现状249
9.1.5太阳模拟器在卫星试验中的用途252
9.1.6太阳敏感器简介252
9.2 太阳模拟器组成与总体设计253
9.2.1太阳模拟器的组成与总体结构253
9.2.2太阳模拟器的工作原理254
9.3 太阳模拟器光学系统设计与分析255
9.3.1聚光系统的设计255
9.3.2光学积分器原理与设计257
9.3.3准直系统设计263
9.3.4光学系统拉氏不变量的确定264
9.3.5辐照面辐照度计算264
9.3.6太阳模拟器光学系统仿真方法264
9.3.7太阳模拟器光学系统设计实例265
9.4 太阳模拟器辐照度及辐照面均匀性分析268
9.4.1太阳模拟器辐照面辐照均匀性计算269
9.4.2聚光镜辐照度分布对系统辐照面均匀性影响分析270
9.4.3光学积分器对辐照面均匀性影响分析271
9.5 氙灯光源及光谱修正技术273
9.5.1氙灯特性273
9.5.2氤灯光谱能量分布及其校正274
9.6 太阳模拟器应用实例277
9.6.1太阳敏感器地面试验标定用太阳模拟器277
9.6.2物理仿真试验用移动式太阳模拟器278
9.6.3自主导航试验用太阳模拟器279
第10章 地球模拟器和地球张角标定系统的光学系统设计281
10.1 概述281
10.1.1卫星姿态参考源地球的特征281
10.1.2准直式红外地球模拟器发展现状282
10.1.3准直式红外地球模拟器及其在卫星试验中的用途285
10.1.4红外地球敏感器简介286
10.2 准直式红外地球模拟器组成与总体设计289
10.2.1准直式红外地球模拟器的组成及功用289
10.2.2准直式红外地球模拟器总体结构设计290
10.2.3准直式红外地球模拟器的工作原理291
10.3 准直式红外地球模拟器的理论分析与光学系统设计292
10.3.1不同轨道高度下的地球张角计算292
10.3.2锗准直透镜的设计292
10.3.3地球光阑和热地球位置、大小与倒角的优化设计及理论计算295
10.3.4地球张角偏差和光束平行度偏差定义及影响因素理论分析299
10.3.5锗准直透镜设计实例301
10.4 地球张角标定系统光学系统设计303
10.4.1地球张角标定系统的组成与总体结构303
10.4.2标定系统的测试原理304
10.4.3红外探测光学系统的设计理论与方法305
10.4.4小视场红外探头理论分析与光学系统设计309
10.4.5小视场红外探头光学系统设计实例311
10.5 准直式红外地球模拟器应用实例314
10.5.1地球敏感器地面试验标定用准直式红外地球模拟器314
10.5.2地球敏感器寿命考核试验用小型准直式红外地球模拟器315
参考文献316
索引329
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