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为辨别人造卫星种类,了解目标的意图,进行空间预警和信息对抗,需要对卫星载荷和轨道进行观测。目前国内对卫星观测大部分采用地基光电探测方式,但由于地基光学系统的衍射分辨率低,限制了系统对细节信息的成像能力,且深空背景中目标对比度差因素的影响,无法实现全天时观测。本文提出了将超分辨成像技术和偏振成像技术相结合的方式应用于地基光电探测系统,可在光学系统口径一定的情况下,突破衍射极限,提高成像分辨率,在深空背景下,提高目标对比度,使图像细节更加明显,实现超高分辨、全天时观测的目的。本文针对上述问题,开展研究。首先分析地基大口径光学系统、超分辨成像技术和偏振成像技术的国内外研究现状,然后深入研究了超分辨成像和偏振成像基本理论。基于地基光学系统对卫星的成像指标,确定了设计方案,设计了F数为10,视场为0.052°的共口径超分辨和偏振光学系统,并对各自能量链路和公差进行分析,结果显示,能量满足成像需求,公差分配符合加工和装调需求。超分辨光学系统采用587±10nm波段设计,光学系统的调制传递函数在奈奎斯特频率71lp/mm处接近衍射极限,成像质量满足设计预期。超分辨光学系统针对像差影响超分辨效果的问题,通过设计的四区型位相光瞳滤波器,开展了泽尼克波前像差对超分辨成像性能和局部视场影响的研究。基于研究结论,对设计的光学系统合理优化球差和离焦剩余量,实现了超分辨倍率由1.21倍提升到1.31倍,此时仍具有较大局部视场。偏振光学系统设计波段为480nm～680nm,光学系统的调制传递函数在奈奎斯特频率71lp/mm处优于0.37,系统采用微偏振探测器件进行信息接收,可同时获取目标的四个斯托克斯矢量,通过融合处理,得到目标偏振度图像。最后,通过搭建实验平台,进行超分辨、偏振成像实验。实验结果表明,设计的位相光瞳滤波器可实现1.18倍超分辨倍率,当加入适量离焦和球差后,超分辨倍率由1.18倍提升至1.25倍,局部视场满足使用需求。同时在偏振成像实验中目标对比度提高约12%,融合后所得图像中目标对比度又提升了约6%。因此采用超分辨成像技术与偏振成像技术相结合的方式应用于地基光电探测系统中,实现了提高光学系统分辨率、提高目标对比度的目的,验证了本文方案是可行的。