为满足红外成像产品在复杂多变环境下的适应性并实现产品的使用功能，对空间冷光学长波红外相机设计进行了研究。首先进行了相机的结构设计；然后运用Partarn/Nastran有限元软件对相机进行了分析，探究了温降和重力对各透镜面形的影响，计算了相机的前三阶模态，并对相机进行了波像差测试；最后在真空低温环境下完成了相机的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)测试。试验结果表明，相机中心视场面形的均方根(Root Mean Square, RMS)值优于1/50λ，MTF计算值为018719，满足低温红外相机成像的精度要求。

红外光机系统在低温环境工作能够抑制背景噪声提高探测灵敏度, 也提高了反射镜组件结构设计难度。低温反射镜支撑结构设计主要问题是由反射镜与连接件热线胀系数不同导致的温度变化工况下的面形变化。对工作于 240 K的.450 mm反射镜组件进行结构设计, 反射镜材料为 SiC, 连接件材料为殷钢, 采用背部中心单点支撑形式与三角形轻量化形式, 并设计柔性连接件提高低温面形表现。对主要设计参数进行优化分析, 得到各参数对面形的影响曲线。优化后, 反射镜光轴方向重力面形为8.585 nm, 径向重力面形 3.710 nm, 240 K低温面形 5.086 nm, 一阶模态 277 Hz, 轻量化率 89.4%。

随着空间技术的不断发展, 高性能、低成本的轻小型空间光学系统成为空间光学领域一个新的研究热点。离轴三反光学系统具有成像质量高、大视场、轻量化程度高等特点, 能够更好地适应轻小型、低成本空间光学系统的应用要求, 具有广泛的应用前景。以高斯光学和三反消像差理论为基础, 设计了一款第三反射镜为自由曲面的离轴三反光学系统, 焦距1 550 mm, 视场3.6°×0.45°, 相对孔径1: 6.2, 自由曲面的加入极大地提高了系统设计自由度和成像质量。设计结果表明, 在有效视场内系统成像质量良好, fMTF优于0.43@111 lp/mm, 系统最大波像差为0.049 λ(λ=632.8 nm), 平均波像差RMS值为0.034 λ, 最大网格畸变0.9%, 成像质量相对于子午面完全对称。系统的总长小于f′/3.1, 高度小于f′/4.1, 且系统的加工和装配公差较为宽松, 易于实现。该设计结果对轻小型空间光学系统的设计具有一定的参考价值。

随着对空间信息获取能力的要求不断提高, 使得高分辨率动态遥感成为空间光学领域一个新的研究热点。偏视场同轴三反光学系统具有长焦距、体积小、轻量化程度和成像质量高等特点, 能够满足低轨视频卫星高分辨率、多谱段、多功能性和低成本的要求, 因此在高分辨率动态遥感领域有着广泛的应用前景。以高斯光学和三反射消像差理论为基础, 设计了可见光面阵成像、近红外和中红外线阵推扫成像的共孔径光学系统。可见光系统焦距4.1 m, 近红外系统焦距2.6 m, 中红外系统焦距1.85 m, 三者孔径均为520 mm, 视场均为0.6°×0.6°, 成像质均接近衍射极限, 成像质量良好。系统总长小于f′visible/3.7, 且系统的加工和装配公差较为宽松, 易于实现。

针对高光谱遥感图像中存在高度混合无纯像元的现象, 提出了端元整体包容度约束, 并将其加入非负矩阵分解的目标函数.在满足端元非负性与和为一约束的同时, 利用数据在特征空间的几何特性, 要求端元构成的单形体所容纳的像元尽可能多.该算法不需对原始数据降维, 不损害数据的物理意义, 在迭代过程中使用乘性规则, 避免了传统梯度优化过程中常见的整体步长难以控制现象.对模拟图像和真实图像进行实验评测并比较了提取端元精准度、鲁棒性以及执行效率, 结果表明, 本文算法可有效分析高光谱遥感图像混合像元.

为了满足卫星平台的要求，需要对 某型号电控箱进行轻量化设计。给出了一种小体积、轻 质量、高稳定性电控箱的结构形式。针对遥感器电子学设备 在轨工作时的复杂工况，提出了一种电控箱防护性设计方法。对大功 耗元器件采取了主动热控措施。最后用有限元法对电控箱进行 了模态分析。结果表明，电控箱的一阶模态为240 Hz，远大于不 小于140 Hz的技术指标，能够满足空间应用的要求。

为检测空间小型凸非球面反射镜，设计了一种适合其检测的结构。由于需要透射式检测,材料选择有局限性,首先优选反射镜材料,然后优选反射镜支撑方案,并对反射镜定位原理进行详细分析。在设计此反射镜组件时特地添加了阻尼环节及柔性环节,以减小装配应力、热应力及动力学响应,并重点而透彻地分析了装配方法,且对该反射镜组件进行了模拟工程分析。分析结果满足指标要求,该方案设计合理可行。

目前大多数空间相机不仅具有高分辨力的全色谱段, 还包含越来越多的多光谱谱段。对于这种全色与多光谱并用空间相机, 为使多光谱谱段具有足够高的信噪比, 多光谱谱段像元尺寸普遍较大, Fλ/d较小, 容易出现混叠问题。从采样式光学成像系统的模型出发, 对混叠产生的机理进行详细分析, 介绍了采用虚假响应来度量混叠程度的方法。以 Wordview-2为例, 采用虚假响应法对全色与多光谱并用空间相机的混叠问题进行了定量计算分析。结果表明, Wordview-2全色谱段的混叠大小为 7.35%, 而多光谱谱段的混叠大小为 14.76%~18.15%, 后者是前者的 2~2.5倍。最后, 分析了混叠的影响和抑制混叠的措施。

针对某空间遥感器主承力结构机身结构进行了设计与分析。首先通过对比分析对机身进行结构选型,然后优选出一种新兴材料作为机身结构材料,即高体分硅铝合金材料,并确定连接方案,然后再通过拓补优化手段对机身结构进行优化,把反射镜组件等负载等效成力偶,进行合理的边界约束,大体上确定基本形式,进而优化出一种薄壁加筋结构,在保证机身动、静态刚度的前提下,提高了材料的轻量化率,并应用计算机仿真手段进行了静、动态及热特性的分析。分析结果证明该方案是合理可行的。

主反射镜的面形精度对空间相机的成像质量至关重要。为保证 空间相机在宽温度范围(20±10℃)内的成像质量，设计了一种柔性支撑结构。首先，选择碳化硅(SiC) 作为反射镜材料，并对主反射镜镜体进行了背部半封闭式轻量化处理。其次，针对这个孔径为550 mm的圆 形主镜组件在20±10℃温度范围内的使用环境，设计了一种柔性铰链结构。利用Matlab软件优化了支撑结构参 数，使得支撑柔性结构在受到温度载荷时沿着径向具有足够的柔性，并可吸收变形和降低反射镜应 力。通过有限元分析可以看出，该支撑结构的一阶频率达到267 Hz，远高于机身组件的固有频率，因此可保 证主镜组件不遭到破坏。而且在重力耦合10℃温度载荷时，反射镜的面形误差(RMS值)也满足光学 系统优于λ/40的要求。