《表2 不同沿轨视场离轴三反主光学设计参数表》

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《高分五号可见短波红外高光谱相机设计与研制》

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(1）为了提高GF-5 AHSI的信噪比，设计了F数为2.83的小F数光学系统。对于离轴三反结构来说，F数越小后工作距越短，后光学布局空间越有限。而AHSI仪器光谱范围0.4—2.5μm，覆盖可见和短波红外波段，需要设置两台光谱仪；并且AHSI穿轨幅宽达到60 km，光谱仪狭缝长度达到60 mm，其体积约是狭缝长度30 mm光谱仪的4倍。布置如此大体积的两台光谱仪，加上短波红外采用品字形拼接探测器（图3(b）），使得AHSI主光学在满足穿轨4.86°视场的同时，还要满足沿轨2.3°视场。通过设计分析发现，要同时满足上述条件，离轴三反主光学的设计和工程实现的难度很大。为此，AHSI提出了一种大相对孔径视场分割放大技术，其光路如图5所示。通过对两个线视场的光路在像面前分别由反射镜A和B1（或B2）进行2次转折，在垂直狭缝方向视场相对较小的情况下，将两条平行线视场在像面上成像位置的距离分离开来，把双狭缝的间隔由虚线所示的d'拉大到D(D=d'+2a），扩大到之前的3倍。该视场分离器可将SWIR沿轨视场从0.4°扩大成1.3°，使得AHSI实际设计中只要设计1.4°的沿轨视场。图6和表2列出了这两种不同沿轨视场的主光学设计比较。可以发现，使用该视场分离器不仅可以减小主光学系统体积，有利于解决布局难题；而且可以降低单镜的加工难度，主镜和三镜可用4阶非球面代替12阶非球面，给整个系统的工程可实现性带来了很大的帮助；此外，小的沿轨视场还可以提高地物的几何匹配性。因此，AHSI可以在保证大的光学口径（Hyperion的2倍，EnMAP的1.4倍），大的幅宽（Hyperion的8倍，EnMAP的2倍）时，实现与Hyperion(Middleton等，2013）、EnMAP(Stuffler等，2007）一样的光谱范围。