红外与激光工程
2021, 50(5): 20200492
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
根据某型号空间遥感相机的技术指标要求, 对成像单元进行了详细的设计与分析。首先, 给出了一种小体积、轻质量、高稳定性成像单元的结构形式; 其次, 针对遥感相机电子学设备在轨工作的复杂工况, 提出了成像单元防护性设计方法, 对大功耗元器件设计了主动热控措施; 最后用有限元法对成像单元进行了详细分析, 分析结果表明, 成像单元一阶模态为184 Hz, 远大于遥感相机基频106 Hz, 具有较好的动态性能; 成像单元在自重、±25 ℃工况条件下, 力学及热稳定性较高。对成像单元进行了力学和热光学试验, 力学试验结果表明成像单元的一阶频率为185 Hz, 与理论分析结果一致性较好, 热光学试验结果表明: 成像单元对整机热光学性能影响很小, 各项指标均满足设计要求。
空间遥感相机 成像单元 有限元方法 稳定性 热光学 space optical remote camera imaging unit FEM stability thermal optics 红外与激光工程
2019, 48(11): 1114002
1 中国科学院长春光学精密机械及物理研究所，吉林长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100039
3 长光卫星技术有限公司，吉林长春 130033
空间遥感相机在轨运行时由于空间环境的变化，会产生不同程度的离焦。针对某高分辨率空间相机光学系统的特点以及焦深，设计了一套蜗轮蜗杆传动驱动偏心凸轮的调焦机构，详细分析了调焦机构的精度，分析结果表明：调焦机构的定位精度为 0.0042 mm，焦平面组件的倾斜量为 5.31.，满足光学系统的要求。最后，建立了工程分析模型，并对其进行了模态分析。结果表明：调焦机构的一阶模态为 176.56 Hz，高于相机的基频，满足设计要求。因此，所设计的调焦机构能够保证高分辨率空间光学遥感器在复杂工况下的成像质量。
空间遥感相机 调焦机构 定位精度 焦面倾斜量 模态 space remote camera focusing mechanism positioning accuracy inclination of focal plane mode
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学， 北京 100049
针对某型高分辨率空间遥感相机的性能特点，设计了一种调焦机构以补偿相机的离焦量。从传动机构、光电编码器和调焦控制系统等部分对调焦机构的精度进行了分析，论述了误差大小及产生的原因，计算了调焦机构总误差的理论值。采用闭环控制方式对机构的调焦精度进行测试，运用比对方法——分别处理调焦镜的直线位置变化数据和与之对应的光电编码器角度位置变化数据——得到调焦机构的精度为±3.1127 μm，与理论分析一致，验证了调焦机构设计的有效性。最后对测试方法及结果进行了分析，论述了两者产生差异的原因。实验数据表明，调焦机构的精度满足相机对调焦机构±10 μm的精度要求。
遥感 空间遥感相机 调焦机构 误差分析 传动机构 光电编码器 闭环
1 清华大学精密仪器与机械学系, 北京 100084
2 清华大学精密测试与仪器国家重点实验室, 北京 100084
大视场空间遥感器由于卫星轨道、姿态机动、颤振、地球星历、几何特性和载荷相机光学设计等因素耦合影响，成像过程中焦面像场的运动和图像形变表现出非线性时变规律。像速场的分布和变化会影响动态推扫的成像控制精度和成像质量。提出了一种新的遥感器像移速度场数学建模方法，通过分析具有空间光滑曲面的体目标视运动及其动态成像问题，推导了对地观测大视场相机像速解析式。算法具准确性好和效率高的优点，适用于大视场空间遥感器在轨像速匹配的嵌入式计算机处理和仪器设计。同时研究了强非线性像速场的像速匹配和偏流角跟踪的电荷耦合器件（CCD）曝光积分控制及优化问题。
成像系统 大视场空间遥感相机 像速场 像速匹配 偏流角
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
针对离轴三反相机光学系统对机身结构的要求，采用碳纤维复合材料制备关键部件，设计了合适的相机机身结构。设计的离轴三反相机采用的复合材料占整机重量的32%。机身结构为非对称形，光学系统中主、次镜间距为850 mm，反射镜接口定位精度要求间隔为0.005 mm、偏心为0.005 mm、倾斜为5″。通过有限元软件对设计结果进行分析、优化和检验，完成了机身结构的优化设计。计算结果表明，该机身结构具有较好的刚度、较轻的重量，能够满足光学设计对间隔，偏心和倾斜的要求。对**完成的相机进行了力学环境试验和热真空试验，结果证明了该相机机身结构在力、热等环境条件下稳定性良好，其一阶谐振频率在120 Hz以上，相机调制传递函数在0.2以上，满足离轴三反空间相机各反射镜对空间位置精度和稳定性的要求。
空间遥感相机 碳纤维复合材料 机身结构 有限元分析 space remote sensing camera Carbon Fiber Composite (CFC) optical-mechanical structure Finite Element Analysis (FEA)
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130031
为降低外界载荷对空间遥感相机主反射镜面形精度的影响,提出了采用不同的柔性环节独立约束主反射镜自由度的设计思想。运用CAD工程分析软件进行主反射镜系统动、静态特性及热特性的仿真分析,并在此基础上对主反射镜系统中柔性环节的结构参数进行修正,在保证支撑刚度的前提下降低了重力、装配应力及温度应力对面形精度的影响。经检测,主反射镜面形精度PV值为λ/4,RMS值为λ/50,能够满足空间遥感相机对主反射镜的特殊要求。
空间遥感相机 主反射镜 柔性支撑 轻量化 space remote sensing camera primary mirror flexible support lightweight
