引言
光学锁定跟踪器成像系统信息传输链路的基本组成包括地面场景辐射、大气、光学系统、伺服平台、CCD探测器、数据传输系统以及数据处理等多个环节。地面场景的光学信息要经过长距离的传输才能被接收利用。在这一过程中还要经过光信号到电信号、电信号到数字信号的变换，最终从接收到的数字信号中恢复出地面场景信息。因此，光学锁定跟踪器成像系统的成像质量将由链路中的诸多组成部分共同决定，信息传输过程中的每一个环节都会对接收端所获取的图像质量产生影响。
1 大气对图像信息的传递模型
大气是一种不稳定介质，主要可分成：透明空气、云层和雨等几类天气状态。其中透明空气具有能见度高、衰减度低的特点，是光信号最理想的传输通道。光在透明空气中传输时会受到大气湍流和大气气溶胶的影响。大气湍流会对影像的空间高频信息和辐射光线的波前产生影响，气溶胶中的微小粒子则主要以散射和吸收的方式对光波传输产生影响。对于光学锁定跟踪器对地成像过程而言，散射和吸收是大气环境所产生的主要影响因素[1]。
本文主要从大气湍流和大气气溶胶两个部分来研究大气对图像信息的传递影响。由能见距离计算大气气溶胶调制传递函数（MTFa），由温度、风速、相对湿度、太阳照度等天气参数计算对应曝光条件下的大气湍流调制传递函数（MTFse）。大气总传递函数即为二者传递函数的乘积：
式中“*”为卷积符号。将仿真成像前后的图像都转化为灰度分布曲线，统计分析灰度变化情况，研究光学系统对灰度信息传递的影响。
3 姿态稳定度图像传递模型
对于姿态稳定度对光学成像的影响，可将影响姿态稳定度的各项参数与光学系统的参数结合起来进行计算，求出受姿态稳定度影响时产生的像移量。根据数学理论计算像移量对光学传递函数的影响，基于傅里叶变换的原理进行成像仿真，由仿真结果计算出姿态度对MTF值的影响。利用多重泰勒级数展开公式，将光学传递函数展开成麦克劳林级数的形式，再利用概率论将展开的各阶级数用统计平均和统计N阶矩表示，运动成像的光学传递函数即可通过计算像面上像点二维运动的各阶统计矩得到。
将物的二维光分布做傅里叶变换，与姿态稳定度传递函数相乘，再进行逆傅里叶变换得到受到姿态稳定度和振动影响的像的二维光分布灰度图。通过统计、分析物与像的灰度变化情况来研究姿态稳定度对灰度信息的影响。
4 CCD探测器图像信息传递模型
由于衍射的存在，即使是理想光学系统，其分辨率也会受到限制。由瑞利判据可知，对于一个衍射受限的成像系统，如果一个点光源经衍射产生的艾利斑强度分布的中心恰好落在另一个点光源产生的艾利斑强度分布的第一个零点上，那么这两个点光源为系统恰能分辨的两点。这两点间的中心间距就是该系统的衍射分辨极限。对于一个输入中心波长为λ，系统入瞳直径为D，焦距为f的成像光学系统，其空间衍射极限为[3]：
探测器光电变换过程中，在CCD像元耗尽层产生的载流子可被势阱全部吸收。由于光生少数载流子在进入势阱之前就会发生自由扩散，在实际过程中光生少数载流子在势阱之外也会产生。当其进入势阱之后会出现边缘扩散效应，使某一像元产生的电荷扩散到周围临近的像元中，引起CCD的MTF下降。这种由电荷扩散引起的调制传递函数记为MTF扩散。
在CCD探测器工作的过程中，其MTF采样、MTF转移和MTF扩散同时存在。将CCD探测器总的调制传递函数记为MTFCCD，表达式为三个调制传递函数的乘积：
将物的二维光分布做傅里叶变换，与MTFCCD相乘，再进行逆傅里叶变换得到CCD成像的二维光分布图。通过统计、分析物与像的图像变化情况来研究CCD对图像信息的传递的影响。
5 电子电路灰度信息传递模型
光学锁定跟踪器成像系统的CCD探测器为欠采样系统，不可避免的会产生混叠现象。为了尽可能的抑制频谱混叠，滤波器的通带频率应为奈奎斯特频率。当通带频率低于奈奎斯特频率时，系统具有良好的幅频特性，Nyquist频率以上的频谱则被完全截止，使放大器带外噪声得到抑制。实际应用过程中选用的低通滤波器一般为高阶巴特沃斯滤波器，该滤波器对系统的调制传递函数影响很小，并且具有线性的相频特性。电子电路PSFel的表达式为：
将物的二维光分布做傅里叶变换，与电子电路调制传递函数相乘，再进行逆傅里叶变换得到受电子电路影响的场景二维光分布灰度图。通过统计、分析物与像的灰度变化情况来研究成像系统中电子电路部分对灰度信息的传递的影响。
6 结束语
本文将光学锁定跟踪器成像系统全链路信道分为大气部分、光学系统、伺服平台姿态稳定度、CCD探测器和电子电路五部分，分别研究了各部分的图像信息传递模型，可为光学锁定跟踪器成像过程的分析提供理论基础，并有助于综合评价成像系统的成像性能。
参考文献
[1] 杨桦，刘晓鹏，郭悦. 大气因素对空间相机成像的影响[J]. 航天返回与遥感，2008，29（6）：18-12.
[2] 闫锋，张学军. 波前编码离轴三反光学系统图像复原[J]. 红外与激光工程，2010，39（3）：549-554.
[3] Smith W J. Modern Optical Engineering[M]. Bellingham, Washington: SPIE Press,2000：192-195.