陸地生態系統碳監測衛星多波束激光雷達光學系統設計

湯天瑾 楊居奎 伏瑞敏 孫立 孫欣 王玉詔 宋志清

陸地生態系統碳監測衛星多波束激光雷達光學系統設計

湯天瑾 楊居奎 伏瑞敏 孫立 孫欣 王玉詔 宋志清

（北京空間機電研究所，北京 100094）

為了最大限度地發揮大口徑的優勢，多波束激光雷達與高分辨率相機共孔徑設計已成為激光雷達的發展趨勢。文章基于陸地生態系統碳監測衛星的需求，分析了大口徑共孔徑成像系統的特點和設計要點，給出了一種米級口徑大視場的可見光多光譜相機與多波束激光接收、高倍率壓縮大氣探測三通道共孔徑成像光學系統的設計思路和設計結果。光學系統焦距8 000mm/2 667mm，大氣探測實現40倍壓縮并與后續的法布里-珀羅標準具銜接，光學系統結構緊湊，多光譜譜段在其耐奎斯特頻率處的像質、大氣平行光出射波前差、多波束激光能量集中度達到衍射極限。共用三鏡調焦可以有效保證各通道像質均達到衍射極限，對于大氣通道尤為有利。該設計方案不僅適用于多波束激光雷達多功能共孔徑光學系統，也可用于其它大口徑多通道共孔徑光學系統中。

多波束 激光雷達 共孔徑 大口徑 能量集中度 陸地生態系統碳監測衛星 航天遙感

0 引言

星載激光雷達作為一種主動探測的有效手段，可以實現全天時、高精度獲取全球地表信息，同時利用全波形回波數據，可以進一步反演地表的房屋、樹木等高度，獲得大空間尺度持續的四維大氣信息[1-2]。與大氣探測激光雷達相結合，可以進一步獲取精細的時空分辨率和高探測精度，常用于探測氣溶膠、云、溫度和大氣密度等[3-4]。

目前已經成功在軌應用的激光雷達系統以中小口徑單波束為主，為了滿足密集采樣的需求，多波束高密度采樣激光測繪雷達將是激光測繪載荷未來的發展方向[5]。同時隨著技術的不斷進步，大口徑共孔徑多波束激光雷達作為一種極具優勢和潛力的探測手段，逐漸成為國內外研究的熱點[6-7]。激光雷達只能實現離散點的測量。而反演精度的提升，需要同時識別地面物體種類，應配以高分辨率相機[7]。激光雷達和相機分體實現，給衛星上的體積、質量等帶來很大壓力，而共用大口徑實現多通道測量，發揮大口徑光學的最大效益，已成為目前的主流方向。

1 多波束激光雷達設計需求

陸地生態系統碳監測衛星激光雷達主要用于林業生態探測，附帶氣溶膠和云探測。激光雷達采用線性全波形測距方式，具有在軌調焦能力，0°相機成像通道具有拍攝星下點地物高分辨率影像的功能，可實現相機增益、積分級數調整；對地高分辨率多光譜成像分辨率優于2m。同時具備激光發射和光軸指向在軌調整能力，能夠記錄5個激光指向，獲取激光足印附近地物影像功能，并記錄激光主波和回波波形，經數傳分系統實時下傳，在軌監測5個激光光束指向變化；同時鏡頭兼顧大氣子系統的激光接收功能。衛星軌道高度500km；用于植被測量的激光發射機5臺，工作波長1 064nm，激光工作頻率40Hz，光斑大小25m。該系統采用了多通道共口徑光學設計，根據激光接收能量需求進行設計，系統口徑需要達到1m以上。

圖1 光學鏡頭功能組成

多波束激光雷達的主要功能包括植被測量和大氣探測兩部分，其中植被測量又包括0°相機成像和五波束植被探測功能，功能如圖1所示。

植被測量5個回波視場均勻分布在焦面上，各通道技術指標如表1所示。

表1 植被測量回波通道指標參數

五波束激光通過光纖導入中繼光學系統，準直成平行光后通過濾光片實現窄帶濾光再聚焦到雪崩光電二極管探測器件（Avalanche Photodiode，APD），指標參數如表2所示。

表2 五波束激光中繼光學系統指標參數

大氣532nm回波位置與大氣回波1 064nm回波位置相同。在二次像位置設置有實光闌，設計時需要考慮保證相機在軌狀態光闌位置無漸暈。該功能通道的設計要求如表3所示。

表3 大氣回波光學系統指標參數

0o相機光學系統需要實現寬幅多光譜成像，其具體技術指標如表4所示。

表4 0°相機學系統指標參數

2 大口徑光學系統設計

陸地生態系統碳監測衛星多波束激光雷達相機需要同時實現高分辨率成像、激光回波探測和大氣探測功能，激光回波探測通道在其像面處通過光纖接收能量，導出后與其中繼成像系統連接，中繼成像系統需放置窄帶濾光片，因此光路需要實現準平行光設計；大氣通道為獨立的探測視場，最終形成高倍率壓縮的平行光路與后續元件相連接；大氣探測通道需嚴格控制視場范圍，與二次像面處的視場光闌配合使用，由于視場光闌位置和大小不可調，因此設計時需要特別考慮在軌過程中如何保證視場光闌與光路最佳焦面始終一致的問題。如何以最簡化的結構形式和最低的工程化代價實現大口徑多通道一體化設計，是光學設計的重點和難點。

2.1 光學系統初始結構選擇

相機光學系統結構形式一般有折射式、反射式和折反射式。由于大口徑、高品質的透鏡材料難于獲取，且寬譜段色差不易消除，大口徑折射式鏡頭難以實現；反射式系統無色差，多波段系統可共用反射鏡，但其軸外像差較大，一般多與折射式中繼鏡組相結合形成折反射式系統。多功能一體化光學系統主要有分孔徑式和共孔徑式兩種，其組成原理如圖2所示。對于分孔徑的結構形式，需要利用兩個獨立的鏡頭實現不同譜段成像，其組成如圖2（a）所示。共孔徑結構形式又包括兩種：共孔徑共光路式如圖2（b），兩個波段共用所有的光學元件；共孔徑分光路式如圖2（c），兩通道共用部分光學元件，利用分光元件和中繼鏡組將不同波段的輻射光聚焦到兩個不同的焦點處[8-10]。

圖2 分孔徑及共孔徑式系統原理圖

分孔徑式由于采用兩個鏡頭，其體積、質量大，且各鏡頭相對位置不易保證，難以滿足遙感器小型、輕質和高穩定性的要求，尤其對于大口徑系統劣勢明顯[11-15]。相比之下，共孔徑式光機結構更加緊湊，采用折反射式還可以實現長焦距和大口徑，特別適用于高精度高分辨率遙感器光學系統。

從陸地生態系統碳監測衛星激光雷達技術要求可以看出，光學系統需要實現米級口徑入瞳下的共孔徑多功能通道的一體化設計，同時要考慮大氣探測通道的視場光闌需要始終與該位置的光束尺寸相匹配，實現工作過程始終無漸暈，設計構型如圖3所示。

圖3 折反式和全反式雙三鏡光路布局圖

圖3 的折反射式方案即圖2（c）的構型，能夠滿足總體技術指標要求，同時可以實現各通道焦距分別調整；其缺點在于各通道中繼鏡組放大倍率差異較大，大氣探測通道二次像面位置放置的視場光闌調整沒有量化依據，在軌環境下不易實現最優化調整。為了使大氣回波通道視場光闌始終與光學最佳焦面相耦合，從而盡可能的減小漸暈，光學系統采用各通道共用主、次、分離三鏡結構形式，并進行了優化設計。0°相機可見光多光譜通道采用偏視場設計，五波束植被測量通道與大氣探測通道采用與相機通道相反的另一側視場設計，通過調整各通道三鏡，即可實現0°相機可見光多光譜通道與大氣回波通道視場光闌始終處于最佳位置。通過各自的三鏡參數調整，可以實現兩個通道焦距的優化。但是采用分離三鏡的結構形式，需要同時調整兩個三鏡，即需要兩套調焦機構，并且需要為激光通道提供最佳焦面位置的判讀，帶來成本及布局等問題。

圖4 全反射式共三鏡光學系統構形圖

為了盡量降低成本、提高工程可行性，考慮各通道共三鏡方案，各通道分視場設計，通過各自獨立的中繼元件實現焦距調整、共最佳二次像面；大氣回波探測通道通過偏置中繼透鏡組的方式，實現平行光輸出。以0°相機可見光多光譜像質最優作為判據，通過共用三鏡調焦實現多光譜相機、多波束植被激光和大氣探測激光通道的二次像同時處于各自最佳焦面位置，保證大氣探測通道始終無漸暈且經過后續中繼元件后出射平行光波前最優。光學系統構型如圖4。

光學系統的植被激光通道、大氣探測激光通道與0°相機可見光多光譜通道使用光軸同側視場，此時植被激光通道與大氣探測激光通道的偏場角進一步增大，但可以有效減小三鏡尺寸，通過三鏡調焦即可使0°相機、植被激光通道和大氣探測激光通道同時處于最佳焦面位置。在五波束激光二次像面前增加透鏡組實現焦距調整，透鏡組由兩片球面透鏡組成，五個透鏡中心軸與五波束激光各自中心視場主光線方向一致。多波束激光雷達光學系統各通道視場優化設置后如圖5所示。

圖5 光學系統各通道視場設置示意圖

表5 三個反射鏡系統初始結構參數

選擇同軸三反系統作為多通道光學系統的共用光學元件，反射鏡鍍膜后可以在可見光和激光譜段范圍內都實現高反射率，結構形式簡單、外形體積小，通過優化設計合理分配后續光學元件的光焦度，實現各通道像質滿足使用需求。

優化后的光學系統整體結構形式、激光光纖后中繼鏡組及大氣回波探測通道平行光中繼鏡組如圖6所示。

圖6 光學系統及中繼鏡組結構圖

2.2 光學系統像質評價

經過優化設計，光學系統0°相機各譜段在其耐奎斯特頻率處的調制傳遞函數曲線如圖7所示，計算時考慮次鏡三個支撐桿和次鏡引起的遮攔，多光譜各譜段傳遞函數平均值在耐奎斯特頻率18線對/mm處大于0.69。

圖7 各譜段光學系統MTF曲線

光學系統全視場畸變約為1.77%，單譜段各自視場內相對畸變約為1.5%，畸變網格如圖8所示。

圖8 0°相機全視場畸變網格

五波束植被激光測量通道各點在其二次像面最佳焦面上各歸一化視場的能量集中度曲線如圖9所示，各視場在直徑90μm范圍內能量集中度大于98%。

圖9 五波束植被測量通道能量集中度曲線

光纖發出的光經過中繼光學系統后匯聚至APD的光斑如圖10所示，可以看出，在APD上匯聚的光斑直徑大小約為0.474mm，滿足相機設計指標要求。

圖10 植被激光中繼光學系統像面處光斑追跡圖

大氣回波探測激光通道二次像面處各視場點的能量集中度曲線如圖11所示，能量集中度數值如表6所示，各視場在60μm范圍內能量集中度平均值大于90%，滿足相機設計指標要求。

圖11 大氣回波探測激光通道兩個波長在二次像面處能量集中度曲線

大氣回波通道平行光路的接收視場為200μrad，平行光路取中心視場點為（0.225°，–1.15°），點視場范圍取±105μrad，各視場點能量集中度數值如表6所示。

表6 大氣回波探測激光通道各視場點能量集中度數值

大氣回波激光通道兩個譜段在二次像面處的點列圖如圖12所示。出射平行光束各視場出射角度如表7所示。可以看出，兩個波長出射角度較為接近，滿足后續光學元件的入射角度要求。

圖12 大氣回波探測通道兩個波長在二次像面處的點列圖

表7 大氣探測激光平行光出射角度

3 光學系統的靈敏度與工程可行性分析

0°相機的焦深范圍為±0.081mm（=632.8nm），次鏡和三鏡沿軸向調整時，對系統焦距和后截距都會產生影響。各通道共用主、次、三鏡，三鏡后形成二次像，三鏡調焦以0°相機為基準，即可保證各波段和通道的二次像像質最佳。

基于ZEMAX和CODEV光學設計軟件，結合目前加工裝調能力，對各反射鏡和透鏡的靈敏度進行了分析，結合基于軟件結構進行拓展宏功能開發，實現對各通道不同功能需求的工程化可實現性預估，表8給出了加工裝調偏心、厚度及間隔、面形峰谷值（PV）、面形均方根（RMSE）、非球面系數公差[19]。

表8 光學件加工及裝調靈敏度列表

基于上述加工及裝調靈敏度，分析可以得到：可見光通道的最終MTF與設計值的比值能夠達到0.85以上；大氣探測通道平行光出射角度90%概率小于0.36°；植被測量回波接收五波束激光中繼接收光學系統濾光片入射角度90%概率下小于0.55°，像面尺寸小于0.6mm。二次像面處的植被測量回波五波束激光和大氣回波探測通道在各自視場內能量集中度變化較小，表9給出了分析結果。

表9 公差分析結果

4 鏡頭性能測試

鏡頭裝調完成后，進行光學性能測試，測試結果可以定量的判斷光學設計、加工和裝調的可靠性[20]。主鏡面形作為對系統像質影響最大的誤差量，加工和測試過程都進行了嚴格把控，在反射鏡鍍膜前后均進行了測試，保證最終使用面形達到0.019（=632.8nm）。主次鏡一次像系統的裝調采用4D干涉儀進行測試，保證一次像殘余像差與設計值一致。通過計算機輔助裝調技術，精確保證各反射鏡及透鏡組件的優化補償調整，實現各通道的像質最佳。0°相機的調制傳遞函數是最重要的測試指標，鏡頭采用干涉儀測試，測試波長為632.8nm。畸變測試則通過專用相機支架固定在二維轉臺上，靶標通過平行光管成像在被測相機焦面上，利用數據采集與處理系統計算靶標像的質心位移，通過轉臺度數測試被測相機轉過的角度。分別利用公式計算主距和各個視場的畸變分布。

0°相機的鏡頭在耐奎斯特頻率18線對/mm處的調制傳遞函數測試時各歸一化視場波前及數值如表10所示。畸變調制傳遞函數測試結果如圖13所示，經過分析計算，相對畸變約為1.55%。

表10 0°相機鏡頭各視場波前及調制傳遞函數

五波束激光經共孔徑光學系統后在二次像面處匯聚，通過光纖導出與激光中繼光學系統相連接，經中繼光學系統后在APD處接收。經過精密裝調后，在APD處接收到的光斑如圖14所示，尺寸約占探測器90～100個像元，探測器像元尺寸5.55μm，故光斑尺寸為0.495mm。

圖13 鏡頭畸變測試數據圖

圖14 五波束激光在APD上接收的光斑圖

當APD處于離焦位置，光斑直徑與APD離焦量如圖15所示。當離焦量大于±0.2mm時，光斑直徑>0.8mm，超出APD光敏面范圍，此時，APD上的信號幅值會開始減弱，找到兩側信號開始減弱的點，裝調測試時取中間值做為中繼透鏡像方焦點位置。

圖15 光斑直徑與離焦量之間的關系

大氣中繼透鏡組采用傳統透射式裝調方式，裝調完成后與大氣視場光闌相連，使用632.8nm的干涉儀配合模擬焦面，利用“貓眼”條紋，測試該透鏡組在632.8nm譜段下焦面的位置，然后將模擬焦面替換成光闌。大氣通道出瞳光斑大小采用大面陣CCD放置在平行光出射口處，通過分析形成的圓光斑在CCD上占用的像元數目得到平行光光斑大小。除此之外，鏡頭焦距、口徑、光學系統透過率、五波束激光二次像面處能量集中度等均進行了定量測試，測試結果如表11所示。

表11 鏡頭測試結果

5 結束語

陸地生態系統碳監測衛星多波束激光雷達具有0°相機、五波束植被激光探測和大氣激光探測功能，光學系統具有大口徑共孔徑成像、結構體積緊湊的特點，設計時綜合考慮了各通道像質，同時兼顧了大氣激光探測二次像焦面最佳位置利用0°多光譜相機進行輔助判讀的途徑。本文基于理論研究和多方案比較，給出了一種大口徑大視場的可見光多光譜相機、植被激光接收、偏置高倍率壓縮大氣激光探測三通道共孔徑光學系統設計結果，針對其各項指標要求和工程化可實現性進行了分析，最后給出了工程化測試結果，完全滿足各項探測需求。為遙感衛星大口徑主被動載荷一體化共孔徑遙感器系統提供了一個有效技術途徑，提升了體積、質量等資源的利用效益。

[1] 李道京, 高敬涵, 崔岸婧, 等. 2m衍射口徑星載雙波長陸海激光雷達系統研究[J]. 中國激光, 2022, 49(3): 117-128.

LI Daojing, GAO Jinghan, CUI Anjing, et al. Research on Space-borne Dual-wavelength Land-sea Lidar Syatem with 2m Diffractive Aperture[J]. Chinese Journal of Laser, 2022, 49(3): 117-128. (in Chinese)

[2] 田曉敏, 劉東, 徐繼偉, 等. 大氣探測激光雷達網絡和星載激光雷達技術綜述[J]. 大氣與環境光學學報, 2018, 13(6): 401-416.

TIAN Xiaomin, LIU Dong, Xu Jiwei, et al. Review on Atmospheric Detection Lidar Network and Spaceborne Lidar Technology[J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 2018, 13(6): 401-416. (in Chinese)

[3] 蔡龍濤, 岳春宇, 黃縉, 等. 國產星載激光雷達森林回波波形模擬仿真[J]. 農業機械學報, 2022, 53(4): 208-217.

CAI Longtao, YUE Chunyu, HUANG Jin, et al. Simulation on Forest Echo Waveforms of Domestic Spaceborne Lidar[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2022, 53(4): 208-217. (in Chinese)

[4] 宋長波, 趙一鳴.星載云、氣溶膠遙感雷達技術現狀與發展趨勢[J]. 遙測遙控, 2017, 38(6): 10-16.

SONG Changbo, ZHAO Yiming. Development Status and Direction of Spaceborne Lidar and Radar for Cloud and Aerosol Remote Sensing[J]. Journal of Telemetry Tracking and Command, 2017, 38(6): 10-16. (in Chinese)

[5] 黃偉忠, 王雍愷, 閉建榮, 等. 氣溶膠激光雷達的國內外研究進展和展望[J]. 遙感學報, 2022, 26(5): 835-851.

HUANG Weizhong, WANGYongkai, BI Jianrong, et al. An Overview of Aerosol Lidar: Progress and Propect[J]. National Remote Sensing Bulletin, 2022, 26(5): 835-851. (in Chinese)

[6] 朱進一, 謝永軍. 采用衍射主鏡的大口徑激光雷達接收光學系統[J]. 紅外與激光工程, 2017, 46(5): 143-150.

ZHU Jinyi, XIE Yongjun. Large Aperture Lidar Receiver Optical System Based on Diffractive Primary Lens[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(5): 143-150. (in Chinese)

[7] 舒嶸, 孔偉. 空間主動光電遙感現狀及發展[J]. 上海航天, 2019, 36(3): 10-13.

SHU Rong, KONG Wei. Current Status and Development of Space-based Active Opto-electronics Remote Sensing Technology[J]. Aerospace Shanghai, 2019, 36(3): 10-13. (in Chinese)

[8] 馬占鵬, 薛克要, 沈陽, 等. 可見/紅外雙色共孔徑光學系統設計及實現[J]. 光子學報, 2021, 50(5): 24-32.

MA Zhanpeng, XUE Keyao, SHEN Yang, et al. Design and Realization of Visible/LWIR Dual-color Common Aperture Optical System[J]. Acta Photonica Sinica, 2021, 50(5): 24-32. (in Chinese)

[9] 王興龍, 李林, 李卓, 等. 紅外場景投射器雙波段投影光學系統設計[J]. 光學技術, 2014, 40(2): 123-127.

WANG Xinglin, LI Lin, LI Zhuo, et al. Dual-band Projection Optical System Design of Infrared Target Simulator[J]. Optical Technique, 2014, 40(2): 123-127. (in Chinese)

[10] 李培茂, 王霞, 金偉其, 等. 雙波段紅外光學系統設計與像質評價[J]. 紅外與激光工程, 2013, 42(11): 2882-2888.

LI Peimao, WANG Xia, JIN Weiqi, et al. Dual-band Infrared Optical System Design and Image Quality Evaluation[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(11): 2882-2888. (in Chinese)

[11] 陳姣, 欒亞東, 胡博, 等. 可見與紅外雙波段折反光學系統設計[J]. 應用光學, 2014, 35(6): 955-959.

CHEN Jiao, LUAN Yadong, HU Bo, et al. Optical Design of Visible and IR Spectral Catadioptric System[J]. Journal of Applied Optics, 2014, 35(6): 955-959. (in Chinese)

[12] 馬占鵬, 薛要克, 沈陽, 等. 可見/紅外雙色共孔徑光學系統設計及實現[J]. 光學學報, 2021, 50(5): 24-32.

MA Zhanpeng, XUE Yaoke, SHEN Yang, et al. Design and Realization of Visible/LWIR Dual-color Common Aperture Optical System[J]. Acta Photonica Sinica, 2021, 50(5): 24-32. (in Chinese)

[13] 孫婷, 朱海燕, 楊子建, 等. 雙波段共孔徑相機光學系統設計[J]. 應用光學, 2017, 38(3): 348-351.

SUN Ting, ZHU Haiyan, YANG Zijian, et al. Design of Dual-band Common Aperture Camera Optical System[J]. Journal of Applied Optics, 2017, 38(3): 348-351. (in Chinese)

[14] 郭鈺琳, 于洵, 蔡珂珺, 等. 可見光/中波紅外雙波段共口徑光學系統設計[J]. 紅外技術, 2018, 40(2): 125-132.

GUO Yulin, YU Xun, CAI Kejun, et al. Optical Design of TV/IR Dual-band Common-aperture System Infrared Technology[J]. Infrared Technology, 2018, 40(2): 125-132. (in Chinese)

[15] 王藝棟, 李文強, 孟慶斌. 可見光/紅外雙波段共光路光學系統設計[J]. 電光與控制, 2018, 25(12): 94-97.

WANG YidongLI WenqiangMENG Qingbin. Design of a Visible Light /LWIR Dual-band Mutual Path Optical System[J]. Electronics Optics & Control, 2018, 25(12): 94-97. (in Chinese)

[16] 陳哲, 張星祥, 陳長征, 等. 高分辨率共孔徑同軸三反光學系統[J]. 中國激光, 2015, 42(11): 310-316.

CHEN Zhe, ZHANG Xingxiang, CHEN Changzheng, et al. A Common Aperture Coaxial Three-mirror Optical System with High Resolution[J]. Chinese Journal of Lasers, 2015, 42(11): 310-316. (in Chinese)

[17] 李曉彤.幾何光學與光學設計[D]. 杭州: 浙江大學出版社, 2006.

LI Xiaotong. Geometrical Optics and Optical Design[D]. Hangzhou: Zhejiang University Press, 2006. (in Chinese)

[18] 郁道銀. 物理光學[D]. 杭州: 浙江大學出版社, 2002.

YU Daoyin. Physical Optics[D]. Hangzhou: Zhejiang University Press, 2002. (in Chinese)

[19] 潘君驊. 光學非球面的設計、加工與檢驗[D]. 蘇州: 蘇州大學出版社, 2004.

PAN Junhua. Design, Processing and Inspection of Asphere Optics[D]. Suzhou: Soochow University Press, 2004. (in Chinese)

[20] 李斌, 陳佳夷, 王海超, 等. 面型誤差和失調量對同軸三反系統像質的影響[J]. 紅外與激光工程, 2018, 47(9): 299-305.

LI Bin, CHEN Jiayi, WANG Haichao, et al. Effect of Surface Error and Alignment Aberration on Imaging Quality of Coaxial Three Mirror System[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(9): 299-305. (in Chinese)

Optical Design Used in Multi-beam LiDAR for Monitoring of TECIS

TANG Tianjin YANG Jukui FU Ruimin SUN Li SUN Xin WANG Yuzhao SONG Zhiqing

（Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）

To exert the maximum benefit of large-diameter, common-aperture optical design of multi-beam LiDAR and high resolution camera has become a trend. Based on the request of monitoring satellite of carbon dioxideterrestrial biosphere, design key points and characteristics of common-aperture optics with large-aperture are analysed in this paper, optical design ideas and results for the three-channel common-aperture imaging system is given, which can realize high-resolution imaging, multi-beam laser reception and atmospheric detection with high rate compression. The optical system has the focal length of 8 000mm and 2 667mm, the compression rate is 40 for atmospheric detection, the parallel light will join to the Fabry-Perot Etalons. The optical system has the advantages of compact structure, diffraction limit for high resolution multispectral imaging, high-quality parallel light, diffraction encircled energy limit for multi-beam laser detection. The shared third mirror works as the shared focusing system, which can ensure the optimum quality for three channels especially the atmospheric detection with a fixed field diaphragm on the position of its secondary image. The optics proposed in this paper is not only suitable for the common-aperture optical system of multi-beam LiDAR, but also fit for other optics with large common aperture.

multi-beam; LiDAR; common-aperture; large-diameter; diffraction encircled energy; terrestrial ecosystem carbon inventory satellite; space remote sensing

0439

A

1009-8518(2022)06-0036-14

10.3969/j.issn.1009-8518.2022.06.004

2022-10-20

國家重大科技專項工程

湯天瑾, 楊居奎, 伏瑞敏, 等. 陸地生態系統碳監測衛星多波束激光雷達光學系統設計[J]. 航天返回與遙感, 2022, 43(6): 36-49.

TANG Tianjin, YANG Jukui, FU Ruimin, et al. Optical Design Used in Multi-beam LiDAR for Monitoring of TECIS[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2022, 43(6): 36-49. (in Chinese)

湯天瑾，女，1979年生，2005年獲浙江大學光學工程專業碩士學位，研究員。主要研究方向為空間光學系統設計及工程化研究。E-mail：xx20100419@163.com。

（編輯：龐冰）