摘要：将遥感技术应用到测绘当中是现代地质测绘技术的发展趋势，随着光学载荷分辨率的不断提高，遥感测绘已经成为社会发展和国民经济发展的重要保障。光学载荷决定了测绘空间遥感器的分辨率、测绘精度、卫星平台体积与重量，是遥感器的核心部分。本文对高成像质量透射光学系统、同轴三反光学系统、离轴三反系统等常用的空间遥感测绘光学系统的结构形式和光学性能分别进行了介绍，并对处于研发阶段的新型空间反射光学系统的结构形式和光学性能进行了展望。
关键词：遥感测绘；光学系统设计；传递函数；相对畸变
近年来科学技术发展速度较快，自然环境也在不断变化当中，所以人们开始越来越重视自然资源与太空资源开发、利用。遥感技术可以更加全面、更加快速的对资源分布情况进行勘测，并给出开发所必要的数据等。航天遥感，是利用飞船或者卫星等航天设备，从宇宙的角度来对地球表面进行观测，视角比较宽广。
一、遥感测绘光学系统特点阐述
从上世纪90年代开始，许多发达国家已经开始陆续发射遥感测绘卫星，并且稳定运行了许多年。国内在该方面的起步时间比较晚，但是在近年来也逐渐的发射了几颗遥感测绘卫星。随着科学技术的不断发展，全球范围内的遥感测绘开始朝着下述几个方向发展。从传统的单线阵到如今的多线阵，从低分辨率到如今的高分辨率，从小幅宽到如今的大幅宽，还增加了部分控制点，提升了遥感卫星运行的稳定性。空间遥感测绘所用光学系统，一般都会采取小幅度移动的方式来调焦。在移动调焦的过程中，部分模式会产生像高测量误差，但是比如方远心光学系统就不会产生像高测量误差。
二、高成像质量透射光学系统
不同类型的光学系统都有各自固有的优势与不足。透射光学系统体积小、结构简单、稳定性好，有利于结构设计，充分利用卫星平台资源。透射光学系统像差校正自由度多，可以设计为较大的视场，并保持较小的畸变，提高遥感测绘幅宽的同时保证了较高的测绘精度。并且，透射光学系统一般都采用传统的加工、装调方案，技术成熟，有利于缩短项目周期，提高载荷可靠性。透射光学系统的不足也很明显，一般的透射光学系统温度、气压适应性差，需要良好的温控环境与气压校正手段。受二级光谱和透镜口径限制，透射光学系统的焦距都较短，不能满足极高分辨率的遥感测绘需求。为了增加像差优化自由度，需要较多的透镜元件，透镜元件的装调调整环节较多，公差要求较高。
匹兹瓦型光学系统通光孔径较大，光学筒长较长，后截距过短；对称型光学系统通光孔径适中，光学筒长较短，但加工公差较严，较难设计为像方远心光路。亚对称型光学系统通光孔径小、筒长适中、后截距长，并可以设计为像方远心光路，是遥感测绘应用的理想选择。
2007年，由长春光机所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室科研人员设计、制造的高分辨、低畸变遥感测绘光学系统通过验收并发射成功，至今在轨运行情况良好。其中的主载荷光学系统就是典型的亚对称型透射光学系统。
高质量的亚对称透射光学系统焦距达到700mm以上，相对孔径1／5，视场大于6．5。在全视场范围内，光学系统在77lp／mm时传递函数值大于0．589，接近衍射极限；最大相对畸变小于2×10～，小于1／3个像元，不会影响测绘精度。光学系统成像质量良好，传递函数和相对畸变都达到了透射光学系统的优秀水平。亚对称型光学系统采用光阑前置设计，有效缩小了透镜口径。使用光焦度分配方法校正了二级光谱，增长了系统焦距，提高了系统传递函数。
三、新型反射式的空间光学系统
为了满足社会发展对遥感测绘技术的需求，必须要保证光学系统焦距长度，而且还要保证光学系统的视场，尽量减小体积。目前已近成功研制出的光学系统结构与反射镜元件，并不能满足上述要求，所以需要对当前已有的各种结构进行调整，进行优化提升光学系统的性能。
3.1自由曲面同轴三反光学系统研究
同轴三反系统的筒体比较短，而且系统自身体积比较小，使用方便。但是这种系统模式，很难从根本上客服视场方面的缺点，因为视场比较小，所以工作人员可以通过调整平面或者是增加反光镜等方式，提升同轴反射系统视场，这是目前最常见的一种问题解决途径。
非视场离轴型的同轴三反系统，自身视场比较大，很少会出现畸变等问题，但是成像效果不够理想。为了从根本上提升大视场的成像质量，并始终保持筒身的长度，让筒身短且体积小。如果光学系统的结构比便，相关研究人员可以在主镜上多增加一些自由的曲面，利用自由曲面来提升优化自由度，还可以利用该方式来提升系统视场以及系统的成像质量。
利用自由区面来提升光学系统大视场传递函数，保证光学系统的视场可以达到3°或者是3°以上。这种角度是传统同轴三反系统视场2倍左右，焦距控制在4550mm。如果畸变可以满足遥感测绘在精确度方面的需求，则可以在一定程度上完全替代掉立轴三反系统，这种小卫星平台的星载一体化设计实用性比较强。
2.2大视场同轴四反光学系统研究
可以通过增加反光镜数量的方式来提升大同轴反射系统视场作用，工作人员可以在同轴三反系统一次像的后面位置，增加一片凸球面反射镜，利用该反射镜对正轴的外相差进行校正，提升成像质量。光学系统的结构比较复杂，光学系统反射镜的口径比较小，而且不论是加工还是装调，难度都比较小。光学系统的筒体长度比较长，很难实现小型化。因为二次遮拦相对较大，所以要从根本上提升系统的成像质量，就必须要通过增加大光学系统相对孔径的方式来实现。
2.3超大市场离轴四反光学系统研究
超大宽幅离轴四反光学系统，主要构成要素是四块非球面的反射镜，且这些反射镜的结构模式不同。通过视场离轴的形式，避免出现中心遮拦等问题，不仅可以保持离轴三反系统的成像质量，同时还可以增加系统优化程度，提升了光学系统视场。因为光学系统的视场有了明显的增加，所以反射镜的口径与体积等也会不断的提升，增加了光学系统加工难度与光学系统的装调难度。工作人员可以对结构进行优化，并合理的分配各种光焦度，实现超过40°的全视场光学系统构建模式。系统的焦距一般可以控制在180cm左右，相对孔径为1/9。但是因为这种模式的视场过大，所以一旦出现畸变，很难对畸变进行纠正。系统最大的相对畸变有时可以达到8%，很难满足遥感的基本需求。相关工作人员只能利用图像处理等方式，减少畸变对其产生的负面影响。
总结：
如果处在技术指标分辨率较低，而且幅宽还比较大的状态下，透射光学系统的体积会变小，而且结构也比较紧凑，技术相对比较成熟，实用性强。如果分辨率比较高，但是幅宽比较小，可以通过减少系统体积的形式来节约平台的资源，最终实现全面一体化设计，利用同轴三反光学系统进行设计效果较好。离轴三反系统的性能优势比较明显，属于比较适用的一种空间遥感测绘光学系统模式。新型的光学系统和传统系统结构模型相比较，在许多方面光学性能都比较理想，应用前景也更加广泛。按照不同光学性能、不同的结构尺寸以及不同应用环境来选择不同的遥感测绘光学系统，使用效果良好。还可以对卫星平台资源进行整合、进行分配，让有限的平台可以构建出更加完善的系统技术指标。上文分别从不同的角度，对空间遥感测绘光学系统进行了研究，希望可以为日后工作的开展提供参考。
参考文献：
[1]张帆,李景林,孙斌等.非对称空间光学遥感器主动热控系统多目标优化设计[J].中国光学,2016,(04):463-471.
[2]赵世湖,尹丹.光学遥感数字成像系统空间移变效应仿真与分析[J].地理与地理信息科学,2013,(04):122-126.
[3]于磊,林冠宇,于向阳.空间高层大气遥感远紫外成像光谱仪的光学系统[J].光学学报,2013,(01):180-186.