空间相机大长宽比平面反射镜结构设计

1

作者 袁健 张雷 +2 位作者 裴思宇 李小涛 张冠宸 《光电工程》 北大核心 2025年第5期51-61,共11页

具备大长宽比、高轻量化率特征的平面反射镜是大型离轴三反相机光机结构的研制难点,针对某通光口径为1220 mm×198 mm的平面反射镜,提出一种使用半封闭式碳化硅镜体并配合背部三点支撑形式的组件方案,质量仅为30.5kg。通过优化支撑... 具备大长宽比、高轻量化率特征的平面反射镜是大型离轴三反相机光机结构的研制难点,针对某通光口径为1220 mm×198 mm的平面反射镜,提出一种使用半封闭式碳化硅镜体并配合背部三点支撑形式的组件方案,质量仅为30.5kg。通过优化支撑点位置,改善镜体支撑效果。调整柔性支撑中铰链的尺寸和位置,兼顾组件的自重变形、热稳定性及动力学特性。仿真分析结果表明,平面反射镜在检测重力工况中的面形精度变化均方根(RMS)为1.812 nm、倾角为3.639″。实测组件基础频率为132.5 Hz,经抛光后,测得平面反射镜左、中、右各子区域的面形精度RMS值分别为0.0203λ、0.0197λ、0.0204λ(λ=632.8nm),且在环境试验前后保持稳定,可满足高性能空间相机的使用需求。 展开更多

关键词 空间光学 平面反射镜 光机结构设计 离轴三反相机

在线阅读 下载PDF 职称材料

高分辨力空间遥感器次镜支撑设计 被引量：23

2

作者 辛宏伟 杨近松 +2 位作者 高明辉 关英俊 张学军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2011年第9期1724-1729,共6页

长焦距空间遥感器次镜热控实施难度大、发射动态响应大,因此,必须具有较宽的温度适应范围和较高的动态刚度。文中阐明了次镜支撑方式的基本原则,并从材料选择、消热设计等角度出发,设计了一种柔性支撑结构;对该支撑的3个柔性环节进行了... 长焦距空间遥感器次镜热控实施难度大、发射动态响应大,因此,必须具有较宽的温度适应范围和较高的动态刚度。文中阐明了次镜支撑方式的基本原则,并从材料选择、消热设计等角度出发,设计了一种柔性支撑结构;对该支撑的3个柔性环节进行了灵敏度分析,得到了各自对次镜面形精度影响的程度;通过优化设计确定了该支撑的尺寸参数,并对次镜组件进行了有限元分析;最后进行了组件的动力学试验和热试验。分析表明,15℃均匀温升工况下,次镜面形RMS为9.8 nm,组件一阶固有频率为153 Hz;试验表明,15℃均匀温升工况下,次镜面形精度满足成像要求,组件一阶固有频率为150 Hz,各项静态指标满足设计要求。 展开更多

关键词 空间相机 离轴TMA 反射镜 柔性支撑 有限元分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

离轴三反宽视场空间相机的辐射定标 被引量：26

3

作者 任建伟 刘则洵 +2 位作者 万志 李宪圣 任建岳 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1491-1497,共7页

离轴三反(TMA)光学系统是目前最先进的空间对地观测相机的光学系统。本文在分析离轴TMA宽视场空间相机成像机理的基础上,针对其光学系统光路和结构的特点,提出了分视场定标和利用特殊开口形状积分球的全视场定标两种方案,并采用两种定... 离轴三反(TMA)光学系统是目前最先进的空间对地观测相机的光学系统。本文在分析离轴TMA宽视场空间相机成像机理的基础上,针对其光学系统光路和结构的特点,提出了分视场定标和利用特殊开口形状积分球的全视场定标两种方案,并采用两种定标方案分别对离轴TMA宽视场空间相机两个不同阶段的样机进行了实验室辐射定标,定标结果表明两种方案切实可行,满足该相机实验室辐射定标要求。通过对提出的两种实验室辐射定标方案优缺点的分析,得出两种定标方案不同的使用条件,结果显示两种定标方案的定标精度分别为1.68%和1.89%。 展开更多

关键词 离轴三反(TMA)系统 空间相机 辐射定标

在线阅读 下载PDF 职称材料

新型三反射光学系统设计 被引量：11

4

作者 李旭阳 杨洪涛 +3 位作者 贺天兵 马臻 李英才 易红伟 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期31-35,共5页

随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心... 随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心遮拦小、光学畸变低,而且实现了全色和多光谱CCD的合理排布.设计结果表明:当光学系统的焦距为f=12 000mm、F数为12、成像谱段位于450～900nm时,视场角可以达到1.6°,光学系统的线中心遮拦比低于1/3,光学畸变量小于0.5%,在50lp/mm处调制传递函数优于0.47,成像质量达到衍射极限,可以满足多光谱高分辨率空间相机对地遥感的使用需求. 展开更多

关键词 光学设计 空间相机 共轴三反射 全色 多光谱

在线阅读 下载PDF 职称材料

离轴三反空间相机调焦机构设计 被引量：18

5

作者 杨会生 张银鹤 +3 位作者 柴方茂 徐宏 李志来 关英俊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期948-954,共7页

空间相机受所处复杂运载环境(冲击、振动、过载)和空间运行环境(压力、温度、微重力)的影响易产生焦平面偏移。为提高成像质量,本文设计了一种利用丝杠螺母变向、直线导轨导向、倾斜导轨驱动且适用于反射式光学系统的新型高精度调焦机... 空间相机受所处复杂运载环境(冲击、振动、过载)和空间运行环境(压力、温度、微重力)的影响易产生焦平面偏移。为提高成像质量,本文设计了一种利用丝杠螺母变向、直线导轨导向、倾斜导轨驱动且适用于反射式光学系统的新型高精度调焦机构来修正离焦量。该设计采用防冷焊措施、预压消间隙措施和双重防卡死设计,有效地提高了结构强度、刚度和可靠性,从而保证了调焦精度。介绍了其结构和工作原理,描述了相应的可靠性设计措施,最后通过精度检测试验对调焦机构进行了综合性能测试。试验结果表明:该调焦机构具备良好的自锁特性,其直线运动精度优于±2μm,重复定位精度优于±1μm;调焦行程范围内调焦反射镜摆角精度绕X轴和Y轴方向均优于±3.5″,满足用户提出的精度要求。 展开更多

关键词 斜面驱动 调焦机构 离轴三反系统 空间相机

在线阅读 下载PDF 职称材料

离轴三反空间相机主三镜共基准一体化结构 被引量：16

6

作者 沙巍 陈长征 +4 位作者 许艳军 张星祥 刘磊 王永宪 李新娥 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1612-1619,共8页

针对采用离轴三反(TMA)光学系统的空间相机中光学系统主镜和三镜的轴向位置接近的特点,提出了主三镜共基准一体化结构来提高光机结构的精度和稳定性。利用一块高刚度、高度轻量化整体背板替代分离的主镜和三镜背板,以实现主镜和三镜光... 针对采用离轴三反(TMA)光学系统的空间相机中光学系统主镜和三镜的轴向位置接近的特点,提出了主三镜共基准一体化结构来提高光机结构的精度和稳定性。利用一块高刚度、高度轻量化整体背板替代分离的主镜和三镜背板,以实现主镜和三镜光学加工、检测和装调的基准统一。由于此整体背板同时也是主框架的组成部分,故降低了结构整体重量,提升了光机结构动/静态刚度。对采用主三镜共基准一体化结构的空间相机进行干涉检测,结果表明主镜和三镜的各视场镜面面形最大分别为0.024λ和0.013λ,均满足光学公差要求。对铝结构样机进行了多入多出(MIMO)自由模态测试,测得一阶模态频率为48 Hz,对应原理样机一阶约束模态频率114 Hz,满足结构刚度要求。在离子束光学精加工过程中,通过分时对主镜和三镜进行加工,省去了主镜和三镜分离结构加工用的散热时间,加工效率提高了约50%。主、三镜共基准一体化结构的应用提高了离轴TMA空间相机的性能和光学精加工效率,为高分辨力宽视场空间相机的光机结构设计提供了参考。 展开更多

关键词 离轴三反空间相机 主镜 三镜 共基准 一体化结构 干涉检测 模态测试 离子束加工

在线阅读 下载PDF 职称材料

国外空间用三反离轴相机发展分析与思考 被引量：48

7

作者 张科科 阮宁娟 傅丹鹰 《航天返回与遥感》 2008年第3期63-70,共8页

空间用三反离轴光学系统自20世纪70年代提出,从90年代开始在多个国家的卫星光学有效载荷中已经或计划得到应用并快速发展,技术基本成熟,领域涉及到对地观测、空间目标探测、天文观测、多光谱热成像、立体测绘等,但是普遍认为制造装调技... 空间用三反离轴光学系统自20世纪70年代提出,从90年代开始在多个国家的卫星光学有效载荷中已经或计划得到应用并快速发展,技术基本成熟,领域涉及到对地观测、空间目标探测、天文观测、多光谱热成像、立体测绘等,但是普遍认为制造装调技术比较难。文章通过广泛调研国外三反离轴系统在空间的应用和发展现状,并按应用情况、系统参数和系统构型进行了分类比较,分析其发展趋势,为中国空间相机发展三反离轴光学系统提供借鉴。 展开更多

关键词 三反离轴 光学系统 空间相机

在线阅读 下载PDF 职称材料

空间同轴三反相机前镜身结构设计与验证 被引量：8

8

作者 王小勇 郭崇岭 胡永力 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期34-40,共7页

空间同轴三反相机前镜身结构支撑相机的主、次镜,影响相机的成像性能和稳定性,是光学系统的敏感环节.针对长焦距空间同轴三反相机光学系统,为了获得刚性好、温度稳定性好的前镜身结构,本文从殷钢、碳纤维这二种低膨胀系数、高刚度的结... 空间同轴三反相机前镜身结构支撑相机的主、次镜,影响相机的成像性能和稳定性,是光学系统的敏感环节.针对长焦距空间同轴三反相机光学系统,为了获得刚性好、温度稳定性好的前镜身结构,本文从殷钢、碳纤维这二种低膨胀系数、高刚度的结构材料进行了优选,通过有限元分析比较,选择力学特性更好、重量更轻的碳纤维复合材料;通过力学特性和光学特性对前镜身构件三杆或四杆结构形式中进行了选择,优选了三杆结构形式;最终方案为碳纤维复合材料材薄壁筒和钛合金三支杆构成前镜身光机结构,采用遗传算法优化结合有限元分析计算对前镜身构件中的次镜连接杆结构进行了尺寸优化,使其重量减轻43%,一阶频率提高14%,热变形减小26%,满足了设计要求.通过对产品实物进行力学试验、尺寸稳定性真空稳定性试验和温度稳定性试验,测试了相机前镜身结构的各项性能,验证了前镜身结构工程设计的正确性. 展开更多

关键词 空间同轴三反相机 前镜身结构 结构稳定性 光学测量

在线阅读 下载PDF 职称材料

大型离轴三反空间相机前框架优化设计与试验 被引量：6

9

作者 魏磊 张雷 +1 位作者 解鹏 陈苏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期72-79,共8页

为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度,针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点,设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构,并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化... 为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度,针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点,设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构,并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化相机的前框架结构.将优化后的前框架模型带入整个相机,并对整机进行有限元分析.结果表明,光轴呈水平状态,次镜、折叠镜相对主镜的倾斜分别为9″与22.4″,次镜相对于主镜的偏心为0.021mm,均在光学系统公差要求范围内.此外,对前框架结构进行自由模态分析与试验,结果验证了优化方法的正确性.所提出的拓扑优化方法可以有效避免基于约束模态拓扑优化方法约束点之间不存在联系的缺陷,能够为高分辨、宽视场空间相机光机结构的设计提供参考. 展开更多

关键词 离轴三反空间相机 前框架 拓扑优化 模态测试 一体化结构

在线阅读 下载PDF 职称材料

空间微重力下离轴三反相机离焦范围 被引量：5

10

作者 刘磊 马军 郑玉权 《中国光学》 EI CAS 2014年第2期320-325,共6页

由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下,其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变,对系统的后截距产生较大的影响,最终导致相机离焦,成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统,得到其后截距公式;通过齐次坐标变换... 由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下,其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变,对系统的后截距产生较大的影响,最终导致相机离焦,成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统,得到其后截距公式;通过齐次坐标变换,得到反射镜面刚体位移公式;通过采用最小二乘算法拟合计算得到微重力环境下的镜面半径,计算出相机在空间环境下的离焦量为0.04 mm,为调焦机构的设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 空间相机 离轴三反相机 空间微重力 离焦

在线阅读 下载PDF 职称材料

长焦距同轴三反空间相机光学系统研究 被引量：6

11

作者 刘兆军 周峰 +2 位作者 胡斌 黄颖 夏德深 《航天返回与遥感》 2011年第6期46-52,共7页

为了满足空间遥感不同应用的需求，完成了4种型式的长焦距同轴三反光学系统设计。根据同轴三反光学系统设计理论，介绍了同轴三反光学系统设计初始结构设计方法，以工作谱段0．45-0．9μm、F数10、焦距10m为例，对4种型式的长焦距同轴... 为了满足空间遥感不同应用的需求，完成了4种型式的长焦距同轴三反光学系统设计。根据同轴三反光学系统设计理论，介绍了同轴三反光学系统设计初始结构设计方法，以工作谱段0．45-0．9μm、F数10、焦距10m为例，对4种型式的长焦距同轴三反光学系统进行优化设计，设计视场内获得接近衍射极限的成像品质，并分析和比较了这几种光学系统构型、元件布局、视场形式和焦面拼接方式的特点。空间观测领域的应用决定了长焦距同轴三反光学系统的型式。 展开更多

关键词 同轴三反 光学设计 光学系统型式 空间相机

在线阅读 下载PDF 职称材料

大口径空间反射镜组件结构设计与分析 被引量：3

12

作者 关英俊 辛宏伟 +1 位作者 李志来 徐宏 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第7期777-782,共6页

设计了某1.2 m口径的空间光学反射镜结构及其支撑结构系统。首先,合理选取了反射镜及其支撑结构的材料。从反射镜镜坯制作工艺、力学特性、热特性以及反射镜重量等因素考虑,最终选取基于反应烧结SiC材料的背部半开放式扇形轻量化孔的反... 设计了某1.2 m口径的空间光学反射镜结构及其支撑结构系统。首先,合理选取了反射镜及其支撑结构的材料。从反射镜镜坯制作工艺、力学特性、热特性以及反射镜重量等因素考虑,最终选取基于反应烧结SiC材料的背部半开放式扇形轻量化孔的反射镜结构形式,反射镜设计重量为87.6 kg,轻量化率达到79%。其次,确定了在光轴水平状态下进行检测装调的方案,并进行其支撑结构的设计,采用3个双轴柔性铰链从背部对反射镜支撑,使大口径反射镜同时满足静态刚度、动态刚度、强度和热尺寸稳定性的要求。最后,对反射镜进行了组件级有限元分析。结果表明,反射镜在X向重力和4℃均匀温升作用下面形RMS分别为7.8 nm和9.4 nm,反射镜组件一阶固有频率为153 Hz,满足设计指标要求。 展开更多

关键词 空间相机 离轴三反 主镜 柔性铰链 模态分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

空间三反相机调焦范围的确定 被引量：15

13

作者 刘磊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期631-636,共6页

为了提高空间相机对温度的适应能力,改善相机成像质量,研究了如何通过调焦放宽相机的热控指标,降低相机热控难度的问题。推导出了纯反射离轴三反光学系统中后截距及相机受温度影响下焦面离焦的数学公式;分析证明了相机离焦量与温度变化... 为了提高空间相机对温度的适应能力,改善相机成像质量,研究了如何通过调焦放宽相机的热控指标,降低相机热控难度的问题。推导出了纯反射离轴三反光学系统中后截距及相机受温度影响下焦面离焦的数学公式;分析证明了相机离焦量与温度变化是线性关系,并计算得到了常数项K值。计算显示,当反射镜材料的线胀系数与相机支撑框架材料线胀系数一致时,焦面不产生离焦;而两种材料线胀系数差距越大,离焦量就越大。利用离焦传递函数公式证明了当相机温度水平变化超过±1℃时(对应离焦量0.05mm),就必须采用机械调焦的方法对其加以补偿;利用光机热集成仿真的方法,得出保证相机成像质量的温度范围Δt,完成了从光学指标到温度指标的转换。利用离焦公式,得出了相机的调焦范围。最后,在热真空环境下试验验证了上述焦面离焦的数学公式及相机温度水平变化±4℃时离焦量为±0.184mm是相机合适的调焦范围。 展开更多

关键词 空间相机 离轴三反光学系统 离焦 调焦 温度

在线阅读 下载PDF 职称材料

新型立体测绘光学系统杂散辐射分析与抑制 被引量：2

14

作者 姚罡 黄颖 汤天瑾 《航天返回与遥感》 2013年第3期65-73,共9页

针对国家发明专利《基于集成式共用主镜的双视场立体成像光学系统》(发明专利号:ZL2009 1 0243273.8)中所设计的光学系统,进行了杂散辐射的仿真分析及抑制。为了实现较大基高比的立体测绘,满足内方位元素的高稳定度,以实现对图像的高精... 针对国家发明专利《基于集成式共用主镜的双视场立体成像光学系统》(发明专利号:ZL2009 1 0243273.8)中所设计的光学系统,进行了杂散辐射的仿真分析及抑制。为了实现较大基高比的立体测绘,满足内方位元素的高稳定度,以实现对图像的高精度校正,采用了集成式共用主镜的双视场立体成像光学系统,它具有结构紧凑、轻量化及热稳定性好等特点。针对该光学系统独特的光学系统结构型式并实现其工程化,通过仿真并根据杂散光的传播路径进行了分类总结分析,通过采取有效的杂散光抑制措施,光学系统最终的杂散光系数为1.1075%,满足系统的使用要求。 展开更多

关键词 立体测绘 离轴三反 杂散光抑制 空间相机

在线阅读 下载PDF 职称材料

大视场空间相机的像移速度场模型及卫星三轴姿态稳定度分析 被引量：7

15

作者 路朋罗 李永昌 +3 位作者 金龙旭 李国宁 武奕楠 王文华 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期2173-2182,共10页

针对大视场空间相机的像移补偿,建立了基于坐标变换和姿态动力学的离轴三反大视场空间相机通用像移速度场模型。建模过程中考虑了离轴三反光学系统的离轴角对像移模型的影响,推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空... 针对大视场空间相机的像移补偿,建立了基于坐标变换和姿态动力学的离轴三反大视场空间相机通用像移速度场模型。建模过程中考虑了离轴三反光学系统的离轴角对像移模型的影响,推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空间相机为例,分析了3种典型成像姿态下焦面像移速度和偏流角的分布特点,研究了卫星姿态稳定度对相机成像质量的影响。分析表明,卫星三轴姿态稳定度的降低会导致相机焦面动态传递函数(MTF)下降,其中俯仰姿态稳定度对焦面动态MTF的影响最大;并且随着积分级数增加,下降会愈发明显。相机侧摆姿态成像时,对卫星姿态稳定度的要求更高。以传递函数下降5%为限,积分级数为96级的大视场空间相机,要求卫星姿态稳定度控制在0.001(°)/s以内。实验结果验证了文中对卫星姿态稳定度的分析,证明了像移速度场模型的准确性,为大视场空间相机像移补偿提供了可靠依据。 展开更多

关键词 空间相机 离轴三反光学系统 像移补偿 像移速度场 卫星姿态稳定度 调制传递函数

在线阅读 下载PDF 职称材料