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.     

相机摆放方式对推扫成像试验的影响分析

为了减小空间TDI CCD相机外场成像过程中相机摆放方式引入的误差,更准确地评价相机成像性能,提出了一种相机最佳水平摆放角、半径以及成像仰角的计算方法。建立了推扫成像的像移矢量数学模型,定义了像移矢量与水平摆放角、半径之间的函数关系,对工程近似进行了误差分析。建立了相机仰角与像移失配率之间的函数关系,提出了最佳仰角的计算方法。分析结果表明：在常规大气条件下,水平摆放角为0°,摆放半径为0, 仰角为7°时,相机摆放方式对成像影响最小,成像结果最能客观反映相机性能。     

运动伪装理论在空间攻防中的应用研究

为提高空间作战能力,根据敌方飞行器空间传感器CCD相机的工作特性,提出设计隐身轨迹的思想。介绍了运动伪装理论的基本原理,并将其应用到空间攻击任务场景;设定x方向控制加速度为已知常值,推导了C-W相对运动方程下的理想隐身规律。仿真结果表明,隐身轨迹设计可行;隐身有效性分析进一步得到,隐身轨迹只适合在隐身走廊内应用,超出该范围隐身失效。距离目标较近时,宜采取直接打击。     

关于遥感卫星TDICCD相机动态范围设计的思考

文章对卫星可见光TDICCD相机的动态范围进行了研究,从成像品质的角度对动态范围提出了要求,并对相机动态范围在轨动态调整的实现途径进行了初步分析,提出了未来空间相机动态范围设计的发展方向建议.     

利用线阵CCD实现航空相机镜头焦距的自动测量

介绍了一种以线阵CCD固态传感器取代读数显微镜，能够自动测量和实时显示结果的航空相机镜头焦距测量系统，论述了系统的工作原理、软件和硬件的设计，并给出了实测数据结果及相对误差分析。     

高帧频数字相机在高速流动显示中的应用

根据高速流动显示实验研究对高帧频图像采集设备的需要,基于分幅式光路设计原理,结合快响应像增强器和低照度CCD相机,研制了一套兆赫兹采样的高帧频数字相机。利用高帧频数字相机,开展了高速流动显不实验研究：基于高帧频数字相机,结合纹影技术,在激波管上针对方块、凹槽模型,开展了高速流动显示实验,获取了运动激波与模型边界相互作用的序列图像,观察到湍流涡随时间演化发展的过程。结合一台输出功率为8W的连续激光光源和高帧频数字相机,建立了一套高速片光散射流动显示系统,获取了喷流的米氏散射序列图像。实验证明,基于高帧频数字相机的纹影及片光散射技术具备开展高速流动显示实验研究的能力。     

基于热变形补偿的双材料低温镜头支撑结构研究

文章以红外遥感器高灵敏度探测要求为背景,针对140K的在轨工作环境,给出了一种基于热变形补偿的双材料低温镜头支撑结构的设计方案。依据温度变化得到透镜热变形,以满足热变形补偿为目标对支撑结构设计方案进行理论校核,并建立低温镜头有限元模型进行各项仿真,校核结果表明支撑结构与透镜的热变形差距在0.005mm内,基本实现了高精度热胀系数匹配。以低温热胀系数、透镜面形为测量指标,对实体结构进行真空140K低温热试验。测试结果表明该镜头热胀系数匹配精度优于0.22×10^-6/K,透镜低温面形变形量均方根误差小于0.051λ(λ=632.8nm,为波长),基本达到透镜低温面形要求。该方案可为后续红外遥感器低温镜头热匹配技术研究提供一定借鉴和参考。     

空间相机地面装调重力卸载仿真优化方法

空间相机在地面装调过程中需要对光机结构进行重力卸载.空间相机常具有尺寸大、刚度低的特点,使得对其进行重力卸载仿真优化异常复杂.文章提出基于贪心算法结合天牛须搜索的重力卸载仿真优化方法.该方法提取系统的可行卸载点集,每次从可行卸载点集中提取1个或1组最优卸载点;以此类推,逐渐增加卸载点数,直至满足测试要求.其中,每组卸载...     

无载荷舱航空相机的热控设计与试验验证

为保证航空相机在平流层空间热环境下稳定运行,对无载荷舱的航空相机进行热设计和验证。基于20 km海拔高度下相机外部的对流及辐射环境特点,采用一维对称平板测试法确定选取多层隔热组件作为相机蒙皮材料,选取聚氨酯泡沫作为隔热填充材料。对载荷相机进行热控系统设计,并利用有限元软件分析极端工况下相机的温度场分布,最终设计热控总功率为240 W,包含为相机镜头除霜预留的部分热控功率。低气压热平衡试验验证结果与仿真分析结果吻合良好;低温工况下热控功率约占总功率的70%,控温点的温度波动在±1℃以内,满足相机控温精度要求。     

基于霍夫变换的空间非合作目标点云配准算法

针对空间非合作目标点云配准过程中目标残缺、机动过快等问题，对飞行时间深度(TOF)相机点云配准过程进行研究。利用相机可同时获取灰度与深度图的特点，提出一种基于霍夫变换的点云配准算法，在提供精确初始位姿的同时，也加速了最近点搜索过程。对TOF相机摄得灰度图进行边缘检测，利用边缘点以随机霍夫变换的方法拟合椭圆中心，使待配准点云与参考点云中心配准。随后检测图像几何特征，与对应参考点特征相配，提高初始位姿精度，既避免所提算法陷入局部最小，也可解决目标点云缺失无法配准的难题。在最近点搜索过程中，引入kd-tree改进算法，以3σ准则剔除单次k邻近的离群点，提高了相机动态性能。以某实拍卫星模型对所提算法进行仿真分析，成功验证了其对于残缺目标配准的可行性与鲁棒性。同时，在完整与残缺点云目标下，所提算法较于常规霍夫变换法相比分别提速955.3%和440.4%，且精度相当，具有较为广泛的应用前景。