超光谱仪光栅面形对光谱性能影响的仿真分析

鉴于普通光学镜面分析技术研究光栅面形对超光谱仪光谱性能的影响具有精确度低且过程复杂的劣势,文章提出了一种用于分析光栅面形的全链路仿真分析方法。该方法综合考虑衍射和像差信息,利用有限元建立超光谱探测仪光栅结构变形模型,采用Zernike多项式作为结构分析与光学分析之间的接口工具,对光栅面形数据进行处理,得到光栅面形拟合结果,通过光学软件Zemax计算得到光栅面形对光谱畸变和光谱分辨率的影响。仿真分析结果表明,光栅面形的变化对系统的光谱畸变(如光谱弯曲和色畸变)影响较小,基本控制在1/5个像元内;对系统的光谱分辨率影响较大,当光栅面形导致其刻线位置发生较大误差时,对光谱分辨率有明显影响。     

空间红外遥感相机制冷机微振动对MTF影响分析

空间红外遥感相机内部活动部件微振动载荷会引起相机光学元件产生刚体位移和面形变化,从而影响相机的在轨光学成像品质。文章基于某空间红外遥感相机内部扰振源的测试结果,建立了适用于微振动分析的相机精细有限元模型,经分析计算,确定了基于Zernike多项式曲面拟合和调制传递函数(MTF)分析的方法和流程;最后结合某空间红外遥感相机进行MTF影响分析,结果显示制冷机微振动对该相机MTF影响在工程可接受的范围内。     

空间遥感器的热／结构／光学分析研究

作为一个空间遥感器整机热光学（热／结构／光学）集成分析过程，对空间遥感器主要光机结构简化，进行导热特性分析和等效热阻计算；利用软件计算在轨道上典型工况的空间外流热和内热源分布；建立有限元温度场分析模型和结构热弹性分析模型，计算全机稳、瞬态温度场分布，均匀温度和特定温度场下的位移场，得到各光学元件的位移；利用光学分析程度计算的公差计算结果插值计算遥感器光学系统由于光学元件的热致刚体位移（离轴、轴向位移和倾斜）而产生的光学性能变化。     

在轨运行热环境下的天线镜面热变形对空地激光通信链路的影响

针对光学天线镜面热变形对空地激光通信链路性能产生影响的问题进行了理论和仿真分析。采用ANSYS有限元分析软件仿真得到的结果表明：低轨卫星在轨运行热环境条件下，采用潜望式结构且暴露在卫星舱外的光学天线反射镜镜面热变形将导致天线镜面法向偏转，其偏转量在不能释放热应力条件下可达几十μrad量级，经其传输的光束将产生较大的指向偏差；对所提出的释放热应力效果较好的天线镜体安装方式进行的相应分析表明：镜面变形受到镜体固定方式的影响非常大，在一定的参数条件下，和压板法固定方式相比较，压圈固定方式受到热变形影响形成的法向角度偏转较小。     

小型辐射定标光学系统的光机热集成分析

卫星遥感器辐射定标光机系统在模拟空间环境下的热学光学特性会影响辐射定标试验的精度。文章针对离轴抛物镜和辅助平面反射镜组成的小型定标光学系统,利用光机热集成分析技术建立其有限元模型,在模拟空间环境下进行热变形分析;选用在单位圆内正交的Zernike多项式作为基底函数,采用最小二乘法完成了离轴抛物镜面形的拟合;将相关数据读入光学软件,分析了该系统在模拟空间环境下的像质变化。结果表明:温度梯度对定标光机系统的影响主要表现在光学平台的刚性位移,对抛物镜面形影响非常小,光学系统像质变化量约为λ/37。最后,通过与刀口仪法的像质原位测量结果对比,证明了光机热集成分析结果的准确性。     

卫星红外遥感器辐射定标光机系统 热-结构耦合变形分析

辐射定标光机系统在模拟空间环境下的热变形直接影响定标光学系统成像质量,并决定星载遥感器辐射定标试验精度。文章建立的辐射定标光机系统有限元模型,以某卫星多光谱扫描仪辐射定标试验中的实测温度变化作为温度载荷,计算和研究了该系统在真空低温环境下的热-结构耦合变形的分布情况和分布规律。结果表明:在非均匀稳态低温环境下,该系统光学支架热变形使主镜及主反射镜发生刚性位移,引起垂轴方向位移、倾斜,黑体的离焦和光学系统焦距变化;反射镜表面畸变RMS值均为1/40波长以下,可以满足实际光学系统的面形准确度要求。     

高次非球面镜面低温面形拟合方法研究

高次非球面在空间红外低温光学中应用广泛,传统的球面拟合方法不适用于高次非球面低温面形拟合,而Zernike多项式拟合法因涉及像差理论拟合过程复杂在结构设计人员中应用较少。针对上述情况,文章提出了一种能够快速拟合低温高次非球面镜面面形的方法。首先,基于高次非球面展开式可以精确表达成偶次多项式建立了偶次多项式拟合方程,直接拟合低温非球面面形;非球面裸镜低温自由变形算例验证表明,文章提出的方法能够很好地拟合高次非球面低温面形,拟合残差达到9.15×10~(–5)λ(λ=0.6328μm)。将该方法应用到低温透镜支撑结构设计中进行面形拟合,结果显示低温变形引起的面形误差由采用柔性支撑结构之前的0.0217λ下降到0.0018λ,进一步支撑了提出的算法的有效性。     

一种新的连续面形变形镜的解耦控制方法

文章针对空间遥感器镜面由于应力释放和温度变化等引入像差的问题,利用连续表面变形镜校正像差展开解耦控制技术研究。对于基于Zernike系数求解影响矩阵的传统方法的波前复原精度有限的情况,文章提出了一种新的直接波前影响矩阵的变形镜解耦方法,适用于点阵表达的波前面形和Zernike多项式表达的波前面形。经过仿真验证,该影响矩阵解耦方法比基于Zernike系数方法的解耦精度高、稳定性好。文章在新的直接波前影响矩阵的基础上,讨论了采样方式与驱动器分布对拟合面形的影响,论证了驱动器的三角分布比四角分布更适合拟合面形。同时通过仿真分析,得出当变形镜要实现的面形采样点数足够时,求解精度的提升效果有限的结论。这些研究成果可为连续表面变形镜对空间遥感器的像差校正提供相应的技术支持。     

工艺误差对遥感器反射镜精度影响的分析

分析了工艺误差对空间遥感器反射镜面形精度造成影响的原因，并结合CAE（工程分析）技术，求解强行装配后产生的应力表达式，建立反射镜有限元模型，计算面形精度。通过分析可知，工艺误差对光学系统有一定影响，设计时应尽量满足光学精度要求。     

大口径胶粘主镜装调的有限元分析

文章针对采用胶粘工艺的轻量化大口径主镜装调过程中涉及的几种典型受力状态进行了研究。首先,建立了包含胶层的主镜组件精确的有限元模型,并考虑了胶斑的径厚比较大时对其弹性模量参数的修正;其次,利用有限元法结合Zernike拟合程序分析了强迫位移、1gn自重、均匀温升、胶层收缩、主镜两点支撑检测状态下主镜面形的变化,其中采用温度载荷等效的方法对胶层收缩在Patran/Nastran环境下进行了模拟。结果表明主镜组件自重变形和热变形对面形影响较小,而强迫位移0.01mm、胶收缩1%产生的应力、以及主镜两点支撑检测时对主镜面形影响显著。此外,对主镜两点支撑状态进行了试验检测,其面形变化与分析结果吻合。     

轻型球面反射镜面形检测支撑设计仿真分析

文章针对轻量化程度较高的SiC空间反射镜,探讨了其在重力环境下反射镜面形检测所需要的卸载支撑方法。为了使重力对反射镜面形精度的影响降低到可接受范围内,在光轴竖直时,将支撑结构对反射镜的作用简化为卸载力,优化力的数量、位置及大小,使反射镜面形精度达到近似零重力情形,并分析了反射镜水平倾斜0.5°、1°时,反射镜面形对位置误差的敏感程度;光轴水平时,在对反射镜设计支撑结构的同时,加入3点、6点辅助卸载力来降低残余重力影响,使反射镜面形接近无重力情形。通过Patran/Nastran软件建立反射镜模型并进行仿真计算,输出反射面各结点坐标值及变化量,用Matlab程序计算出反射镜面形精度,结果表明优化后的设计结果满足指标要求。     

反射式紫外天基单镜计算成像系统设计

紫外天基成像是目前对太阳观测的主要手段之一。针对紫外天基遥感对成像系统高分辨、轻量化的需求,开展了紫外天基单镜计算成像系统研究,应用“光学镜面设计”与“计算成像”相结合的思路,通过对球面、六次偶次非球面、十次偶次非球面、Q-type面、Zernike多项式面的天基反射镜成像光学系统设计,以及基于傅里叶叠层超分辨的计算成像分析,验证了该设计方法可在波长135 nm紫外光波段实现5.4°圆视场、分辨能力优于0.11 mm的设计指标。反射式六次偶次非球面具备一定的综合优势。     

空间模拟电子辐照环境下聚四氟乙烯二次表面镜的损伤和衰退

文章介绍了在实验室模拟空间静电放电环境下聚四氟乙烯二次表面镜所受到的损伤和污染.通过光学和扫描电子显微镜检测出了13种不同类型的损伤;而喷溅表面污染物由俄歇谱仪进行分析.文章进一步阐明了导致聚四氟乙烯二次表面镜的严重衰退的环境条件,评估了损伤与未损伤二次表面镜在太阳光谱范围内的反射特性,并比较了这些试样和标准铝板的热性能.     

一种基于调节三镜的空间光学相机离焦补偿方法

离焦补偿是空间光学相机获得良好成像品质的关键。文章基于空间光学相机的技术特点分析其离焦补偿方法,提出调节三镜的离焦补偿方法。利用CODE V光学软件对某高性能光学小相机的光学系统进行仿真分析,获得离焦补偿精度、离焦补偿范围与系统成像品质的关系。为保证光学系统对移动三镜倾角控制要求,对三镜调焦机构直线精度及其力学稳定性进行了测试,最后对相机进行了地面外景成像验证与在轨测试。仿真及试验测试结果表明,调节三镜能有效地补偿空间三反相机在轨各因素引起的系统离焦,满足相机在轨成像品质要求。     

SiC_p/AL复合材料在空间光学遥感器上的应用

文章论述了碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/AL)复合材料在空间光学遥感器上的应用,较系统地介绍了已经完成的空间光学遥感器光机结构件镜身、镜盒的制造技术,并提出了对该材料在空间光学遥感器上应用前景的设想。     

光学镜头性能测试用深低温降温系统设计及验证

单镜组件是遥感器的关键部件,在深低温真空环境下对其进行面形测试和稳定性测试,是获取测试数据和验证其结构设计正确性的必要手段。文章针对某单镜组件地面验证试验需求,建立真空环境下低温镜头深低温背景,采用GM制冷机机械降温技术,对温控系统进行设计、研制以及模拟试验,实现了产品在(60±1) K、(160±1) K、(200±1) K的控温指标以及60～300 K的控温区间。该降温系统为遥感器光学镜头在深低温环境下完成面形测试和稳定性测试提供了重要保障。     

国外空间反射镜材料及应用分析

空间反射镜材料的选取与反射镜镜坯加工工艺直接影响光学遥感卫星的戍像能力。提高空间相机分辨率的直接途径是增大光学系统的口径,因此大口径空间反射镜的材料技术和镜坯加工技术受到了高度关注。在未来相当长的时间内,相关技术都是研究热点。文章重点研究了常用空间反射镜材料的特性,这些材料包括美国康宁公司的超低膨胀玻璃、德国肖特集团的微晶玻璃、碳化硅和碳化硅复合材料,并对熔接法、浇铸法、烧结法等常用的大口径反射镜镜坯加工方法进行了研究,调研了各类材料的实际在轨应用情况。最后根据上述材料的热膨胀系数和反射镜结构强度等特征,分析总结了这些材料的适用范围。     

空间光学遥感器光-机-热集成分析方法研究

首先对论文的工程背景空间太阳望远镜进行了介绍;然后介绍了空间光学遥感器光 机 热集成分析的技术路径和技术实现,技术实现主要探讨如何将透镜的折射率温度系数效应和反射镜面的热变形效应数据变成光学分析软件可以接受的数据;最后以光 机 热集成分析为基础,对空间太阳望远镜主镜的热设计方案进行了论证。全文说明了光 机 热集成分析的可实现性以及其对热设计的指导、评价和优化。     

一种空间光学遥感器的主镜展开机构

分块可展开光学系统的相关技术是空间光学遥感领域当前的研究热点之一。文章设计了一种环扇形剖分主镜的展开机构总体方案。为了满足主镜展开机构的高重复定位精度要求,定位装置采用了点接触的运动支承;中央子镜与旁瓣子镜之间的锁紧力通过控制步进电机转角的方法来控制,以降低系统的复杂性;为了提高机构运动可靠性并尽可能减少润滑剂对光学镜面的污染,运动副表面采用了MoS2固体润滑剂方式;经Solidworks软件仿真,该主镜展开机构无结构干涉,能够实现主镜的收拢和展开功能。     

空间相机用碳化硅(SiC)反射镜的研究

根据空间光学遥感器发展的要求 ,提出碳化硅 (SiC)反射镜的研究 ,论述空间相机采用SiC反射镜的原因 ,介绍国外SiC反射镜发展概述 ,提出发展SiC反射镜的研究目标和应用方向。