光学遥感器进光口模拟外热流的均匀性分析

光学遥感卫星在轨运行过程中,受到空间外热流影响很大,尤其是遮光罩进光口的外热流将对遥感器性能产生直接影响。合理的热控设计是遥感器设计中至关重要的工作。光学遥感器的空间热环境模拟试验是验证相机热控方案的最重要途径,需要做到对空间外热流的准确模拟。其中对遮光罩进光口外热流的模拟是试验的一项重要技术指标。考虑到对相机成像的影响以及外热流模拟的准确性,目前试验都采用筒状红外加热笼。红外笼对其遮光罩进光口投入热流的大小和均匀性直接决定了试验的真实性和可靠性。筒式红外笼分为圆柱形和锥形两种,所模拟外热流的均匀性跟其结构密切相关。文章运用ANSYS软件进行仿真计算,深入分析了筒式红外笼的结构对遮光罩进光口外热流均匀性的影响,并总结出了红外笼结构与模拟外热流均匀性之间的关系。为相关试验的红外笼设计以及外热流模拟,提供了参考。     

高分辨率遥感相机CCD器件精密热控制

针对某高分辨率空间遥感相机电荷耦合器件（Charge-Coupled Device,CCD）体积小、功耗大但温度稳定性要求高的特点,提出了通过相机发送指令控制补偿加热回路通、断电对CCD器件进行温度控制的方法,并利用IDEAS-TMG软件进行了仿真分析,分别给出了无补偿功率、补偿功率为10W、12.5W、15W与17.5W这5种情况下CCD器件的温度变化曲线。仿真分析结果表明：补偿功率为12.5W时CCD器件的温度波动最小,热设计结果满足各项温度指标。为了验证热设计的可靠性,焦面组件参加了整机的热平衡试验,得到了满意的结果。该设计方法对各类空间遥感相机高温度稳定性要求的CCD器件的热设计和热分析有一定的指导和借鉴作用。     

卫星振动对成像质量影响的仿真分析

分析了在空间环境条件下摄影时，不同振动模型对卫星上推扫型CCD相机成像质量的影响结果。重点分析了三个方向的振动对相机成像质量的影响。对为了验证仿真分析的结果，建立了一套地面仿真系统。它能模拟产生各种频率和不同量级振幅，具有采集和处理相机图象数据的能力。系统用图像调制传递函数MTF作为系统评价指标。经过分析、计算和试验，证明所推出的公式和建立的物理仿真系统可以用于航天光学遥感器的成像质量预估和评价，并可用于对其它遥感器的分析。     

资源三号卫星结构稳定性设计与实现

结构稳定性是影响卫星图像定位精度的重要环节。文章介绍了资源三号卫星在系统、相机、结构等方面为提高结构稳定性所采取的技术措施。资源三号卫星采用3台星敏感器与3台测绘相机一体化设计,并对星敏感器支架和相机支架等关键结构进行高稳定设计,提高星上姿态测量基准与成像基准的匹配精度;测绘相机采用低畸变光学系统设计,以提高相机内部稳定性;基于整星有限元模型对相机光轴在轨指向进行了仿真分析,并开展地面试验对设计和分析进行验证。卫星在轨数据表明:相机支架、星敏感器支架等结构在轨稳定性良好,卫星图像定位精度超过任务指标要求,相关设计、分析与试验技术可为后续高精度遥感卫星提供参考。     

小波包-神经网络在桥梁损伤定位检测中的应用

将小波包变换和人工神经网络相结合,用于模型桥不同位置的损伤智能定位检测。首先对不同位置损伤振动信号进行3层小波包分解,并计算信号在各频段所占的能量率,以此作为训练样本对拓扑结构不同的人工神经网络进行学习训练,然后利用训练好的网络对不同损伤位置进行定位识别。方法可以有效地区分各种损伤位置,为结构损伤智能检测与评估提供技术积累。MATLAB数值仿真结果进一步验证了方法的可行性和有效性。     

微振动对高分辨率空间相机成像影响的集成分析

文章应用集成建模思想对某型高分辨率空间相机进行了微振动影响的结构-光学集成分析。首先分别建立了该空间相机的微振动载荷模型、结构有限元模型和光学系统模型。然后对微振动载荷作用下的结构有限元模型进行动力学分析,获得空间相机各光学元件的响应位移,并输入到Code V光学模型中做光学系统仿真分析,得出MTF下降和像移情况。通过结果数据的对比分析表明,空间相机对沿坐标轴平动和转动的6种微振动载荷具有不同的响应敏感性,为改进设计、隔振抑振提供了参考。     

一种影响空间相机成像的制冷机微振动分析方法

针对空间制冷机微振动对光学遥感器成像质量难以准确评估的问题,提出一种制冷机-空间相机的集成建模分析与试验验证方法。该方法建立了系统的集成分析模型,实现了微振源-相机结构传递-光路模型的分析过程。首先,利用一种制冷机的刚性安装测试和自由悬吊测试获取制冷机的扰动载荷。然后,采用一种力过滤方法改进传统的扰动分析过程。最后,通过集成有限元分析计算光学系统调制传递函数,得出制冷机微振动对空间相机成像的影响。分析结果表明,这种方法能更精确辨识制冷机微振动及其传递特性,从而能准确分析空间相机光学载荷的稳定性。     

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。     

基于iSIGHT集成平台的次镜支撑结构优化设计

空间遥感相机次镜支撑结构的稳定性对相机的成像品质具有很大的影响,对其进行分析和优化设计具有重要意义。通用的有限元分析方法无法对复杂结构自动进行多目标、多约束及多设计变量的优化设计。文章研究了以 iSIGHT 为集成平台的多目标优化设计方法及复杂结构的参数化有限元模型的建立方法,设计了次镜支撑结构的优化策略;通过分析得到了影响次镜支撑结构稳定性的各变量的灵敏度、设计空间及最优设计方案,结构性能大大提高。这种优化方法可以快速地找到最优方案,大大提高优化效率及产品的可靠性,可应用于其它次镜支撑结构设计乃至整个遥感器的设计中。     

空间遥感相机柔性装星结构设计与仿真分析

文章介绍了一种空间遥感相机自由度释放装置,该装置利用柔性铰链技术实现单方向的自由度释放,同时结合固定脚的设置和不同方向柔性铰链的设置,实现多维自由度卸载的同时保证结构整体的刚度。结合某型号空间遥感相机对该装置进行了力学振动试验和热真空、热循环试验,验证了该装置的可行性。     

空间相机协同设计和集成分析技术研究

空间相机的研制通常涵盖光、机、结构、热等多学科问题,各学科间相互影响,但在传统研制模式下却又交互困难。文章以某空间相机为例,对协同设计和光-机-热集成分析的环境和过程进行了介绍。结果表明,协同设计和集成分析能够实现不同学科间设计与分析数据的直接交互,为空间相机方案的跨学科快速设计,以及设计性能的高质量评价提供了可能;协同设计和集成分析技术能够快速、有效地开展空间相机的多学科集成设计和仿真,是实现空间相机领域仿真驱动工程的有效途径。     

大口径反射镜组件发射段环境的防振设计

主反射镜组件力学性能是相机结构设计的重点。文章介绍了反射镜组件的基本构型,分析了采用Bipod支撑结构的反射镜组件振动抑制的必要性。基于阻尼受迫振动模型微分方程,分析了频率比、阻尼比对随机振动传递率的影响,根据分析结果选择增大阻尼比作为反射镜组件振动抑制方案。对某1.8m口径反射镜组件进行了抑振设计,利用MSC Nastran软件进行了动力学分析,仿真结果显示,抑振后反射镜动力学响应值及振动应力有较大降低,证明抑振设计有效。文章设计的振动抑制解决方案也可为空间遥感器其他部组件的振动抑制设计提供借鉴。     

随机振动引起空间反射镜面形退化的机理研究

为了确保遥感器能够承受发射过程中的力学环境,需要在地面对遥感器及其部组件进行充分的振动试验,随机振动试验是主要的试验方法之一。对于反射镜组件,除了需要关注常规的刚度和强度特性,还需要重点关注试验前后的面形变化。在多个型号的研制过程中,均出现过随机振动试验后反射镜组件面形发生退化的现象。因此,亟需研究随机振动试验引起的反射镜面形退化机理。文章通过对反射镜安装界面进行受力分析,研究了随机振动等效准静态加速度、连接刚度、预紧力以及摩擦力之间的关系。通过仿真分析发现横向残余应力是导致面形退化的主要因素,并给出了残余应力的估算公式。最后,结合某空间相机主镜组件的随机振动试验,验证了横向残余应力引起反射镜面形退化的机理。分析和试验结果表明,当达到产生横向残余应力的条件时,反射镜面形开始退化,横向残余应力越大,反射镜面形退化越严重。     

自适应UKF在空间相机热平衡试验中的应用研究

光学遥感相机热平衡试验是研制遥感相机的必要手段,是准确获取相机热态特性的试验方法。根据试验条件的不同,试验往往需要数小时至数十小时不等的时间,才能使遥感相机达到稳态平衡温度。为缩短热平衡试验时间,提出了一种基于自适应无味卡尔曼滤波(AUKF)的热平衡试验温度快速预测方法,只需利用较短时间的温度采样数据,就能快速预测温度变化规律,获得稳态温度,大幅度提高了热平衡试验的效率。以某遥感相机热平衡试验中升温过程和降温过程的温度变化数据为例,预测了测温点从初始温度状态到达稳态温度状态这一过程的温度变化曲线,验证了基于自适应无味卡尔曼滤波的热平衡试验温度快速预测方法的有效性和可行性。     

发射主动段空间相机隔振技术研究

由光机和光电组件组成的空间相机对发射过程中力学环境的适应能力极为有限。为了提高空间相机发射主动段的适应能力,文章依据单自由度被动式隔振系统理论,针对相机的正弦振动和随机振动环境力学条件,设计了一种阻尼橡胶隔振器。计算分析和振动试验结果显示隔振器的减振效率接近50%,能够将随机振动过程中相机内部结构的加速度均方根值响应衰减至减振前的1/10,并最终保证在10gn左右,达到了相机材料及结构所容许的动力学条件要求,充分验证了隔振器的减振效果。文章针对相机的隔振技术应用及隔振设计方法,对于具有类似结构形式或布局形式的空间有效载荷的减振设计具有实用的参考价值。     

一种空间相机用小型锁定组件设计

在卫星发射阶段,采用锁定组件对空间相机中的活动部件进行锁定可以提高活动部件的基频和抗振动能力、减少振动对机构精度的影响。一种用于空间相机中活动部件锁定和解锁的小型锁定组件,采用电机正反转动带动滚子从动件径向凸轮机构来实现锁定、解锁功能。文章详细介绍了小型锁定组件组成和工作原理,通过设计实例对机构进行了受力分析计算、验证了电机和结构设计参数选择的合理性。装机地面试验和环境试验结果表明,所设计的锁定组件性能稳定、工作可靠,很好地满足了空间相机使用要求。     

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。     

空间相机电子设备热设计

电子设备是空间相机重要发热源,需要通过合理的热设计将热量及时导走,维持电子元器件温度不致过高。根据空间相机各电子设备所处空间环境、结构特点及内部电子元器件热特性,提出了相应的多种不同的热设计方法,采用热仿真分析、热平衡试验两种方法对设计进行了验证,对比了两种方法所获取的温度数据。结果表明两种方法所获取元器件结温均满足温度降额指标要求,且相差不大,充分验证了热设计方案的有效性和仿真分析的准确性。     

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。     

冲压发动机管路断裂故障分析及结构改进

针对发动机管路系统断裂故障,开展故障机理分析。通过软件仿真和试验相结合的结构模态分析,找出模态振型与疲劳破坏的联系,对管路结构断裂故障原因进行初步定位和定性分析。利用ANSYS nCode DesignLife软件对结构开展随机振动疲劳寿命计算,总结了随机振动疲劳计算流程和设计方法。仿真预示的管路结构断裂位置与试验结果基本一致。提出多个结构改进方案,利用振动疲劳仿真计算对不同改进结构进行定量的疲劳寿命预测,优选出最佳方案。优化方案提高了管路结构的抗振性能,降低了RMS应力值和损伤,在主要破坏工况(x向振动)疲劳损伤寿命提高到3.2×107 s,其余振动方向疲劳损伤寿命分别提高到202%(y向)和190%(z向)。通过试验考核验证改进措施有效。