光机热集成分析中数据转换接口的研究

光机热集成分析中的数据转换接口是实现光、机、热各分析软件间数据有效传递的重要手段。Zernike多项式的优点决定了它作为各分析软件间的数据接口工具是非常方便和成熟的。以一种数据处理算法和最小二乘法为Zernike多项式拟合的基础,编制了数据转换接口,实现了分析模块间数据的转换,并在某空间遥感器主镜系统的光机热集成分析中得到应用。     

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。     

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。     

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。     

Zernike多项式在拟合光学表面面形中的应用及仿真

光学镜面在重力的作用下,会产生镜面变形,这种变形包括刚体位移和表面变形,将对光学系统的成像品质产生不同的影响。文章通过Matlab软件,对有限元分析后的数据进行处理,用Zernike多项式精确拟合变形后的镜面面形,并在Matlab中绘出镜面面形云图,最后计算出表面变形的表面变形均方根和表面变形最大值与最小值之差。实例计算表明,该方法能将镜面变形的刚体位移和表面变形分离,适合于光学自由曲面的镜面面形精度分析。     

空间相机光机热集成设计分析及关键技术研究综述

指出空间相机应进行光机热集成设计分析的必要性,介绍了光机热集成设计分析典型流程.结合空间相机的研制特点,建立了具有针对性的光机热集成设计分析流程,阐明了集成分析的内容及优化设计的对象及具体内容,总结了集成设计分析需进行的相关验证试验.指出空间相机集成分析的两个关键技术是温度场插值技术或边界单元技术和zernike多项式拟合技术,前者是热弹性分析中温度场作为边界条件向有限元模型加载的解决方法,后者足光机热数据接口的主要解决方法.最后总结了集成分析过程中需要注意和考虑的问题.     

子孔径拼接检测方法的目标函数优化

子孔径拼接检测技术是一种利用小口径干涉仪实现对大口径光学系统检测的有效方法.在子孔径拼接算法中,需要对子孔径重叠区域的采样数据进行最小二乘拟合,得到各孔径的相对误差,从而将它们统一到同一参考面上,完成拼接.最小二乘拟合目标函数的优劣将直接影响拼接精度的高低.文章利用光学仿真软件,提取对误差敏感的Zernike多项式的项,并推导得到具有较高精度的目标函数,通过仿真计算验证了该目标函数能满足高精度子孔径拼接的要求.     

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。     

低温传感器测量数据基于MATLAB的 处理与分析

文章介绍基于MATLAB的低温温度传感器测量数据的处理及分析方法,通过线性最小二乘法和无约束非线性优化法中的拟合模型工具对数据进行拟合,其中包括多项式、双曲线、幂函数、Steinhart-Hart经验公式等拟合模型工具,以低温温度传感器电阻与温度数据的曲线拟合为例,开展了各种模型的曲线拟合比较分析。最后通过剩余标准差和相关系数两项指标评价不同模型的拟合效果。     

基于真空试验的热光学集成分析方法

为了能够有效利用空间光学遥感器(空间相机)真空环境下的试验结果开展相机温度场对光学系统性能影响规律的定量研究,文章在典型热光学集成分析流程的基础上,提出一种基于空间相机真空试验(含热平衡试验和热平衡条件下成像试验)的热光学集成分析方法。通过对关键技术环节的详细描述,论述了实现基于真空试验的光-机-热耦合仿真分析的技术途径。基于真空成像试验的热光学集成分析方法能够有效地将热光学的分析与真空试验数据相结合,获取最为接近相机实际状态的热光学分析模型及方法,从而指导空间相机的光、机、热方案设计及优化。     

基于Zernike拟合的三反射面天线赋形设计

多反射面天线系统受空间、位置和尺寸等因素的影响,其主反射面口面存在相位差,从而导致天线辐射性能下降,文章提出了一种利用Zernike多项式赋形多个反射面的方法,通过对副反射面赋形,在主反射面口面得到期望的幅度相位分布。该方法利用Zernike拟合来处理反射面间的光程差,并将主反射面作为固定面,根据几何光学法和光程条件,在Matlab中建立副反射镜初始模型,通过遗传算法优化Zernike系数调整光程差,对副反射镜面形进行优化设计,避免了复杂的微分计算。使用Grasp仿真软件对设计的三反射面天线系统进行了分析,计算表明,与未赋形的三反射面天线相比,赋形反射面天线系统主波束效率提升了10.67%,达到95%以上,验证了该赋形方法的可行性及对天线系统性能提升的有效性。     

运载火箭低温推进剂热管理技术及应用进展分析

运载火箭低温推进剂与外界环境的传热是造成汽化的主要原因。为长期贮存和使用低温推进剂,必须采用综合的热管理技术。首先介绍国内外提出的被动热防护技术和主动制冷技术。前者的主要目的是降低贮箱与外界环境的热量交换强度;后者是通过对贮箱内的热量进行转移,以实现低温推进剂的无损贮存,但只适合已具有良好被动热防护的贮箱。其次,对国外典型低温推进剂实验应用系统进行分析,并初步提出多功能液氢实验平台方案设想,方案中通过CZ-3A号搭载多功能液氢实验平台用于验证空间环境下低温推进剂的综合应用技术。通过对低温推进剂热管理技术的调研和论证,为我国低温推进剂在空间环境下的长期在轨使用提供技术参考。     

A wavelet and Zernike-polynomial-based shearing interferometry approach to analyse hydrodynamic instabilities at interfaces

We present a hybrid algorithm to analyse complex interferograms with significant fringe deformations without an a-priori given zero-phase image containing the optical aberration of the instrument. Situations of this type frequently appear in fluid physics experiments using lateral shearing interferometers. The algorithm proposed employs a wavelet transformation in parallel with an approximation of the phase field directly after the experimental container is filled applying Zernike polynomials. As a result the aberrations of the interferometer can be described by a few coefficients. The subtraction of these phase aberrations can be traced back to a complex multiplication in the wavelet space which strongly reduces the effort of the phase unwrapping using the Goldstein algorithm. We explain the performance of the algorithm, which is not restricted to a particular interferometer type, by applying it to interferograms captured during a recent microgravity experiment.     

二次多项式拟合外方位元素卫星三线阵C CD影像平差

文章针对一景大小的卫星三线阵CCD影像,采用二次多项式拟合外方位元素模型,与国外的定向片法模型进行平差算法对比.对一景大小的模拟数据进行了试验,结果表明基于二次多项式拟合外方位元素模型的平差方法有效的提高了影像的平面精度与高程精度,与定向片法模型相比,该算法简单,结果同样满足1∶5万摄影测量的要求.     

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。     

真空低温环境用大口径轻量化椭圆平反镜设计

文章介绍了真空低温环境用大口径轻量化椭圆平反镜的结构设计、轻量化设计。并针对椭圆平反镜的装卡特点、使用环境,利用有限元分析技术分析了椭圆平反镜在力载荷、温度载荷作用下的变形。根据计算结果和使用情况给出了反射镜的设计结论。