航天侦察系统中的碳化硅指向摆镜的有限元分析

在航天侦察系统中,由于光学系统的视场角较小,难以满足系统宽覆盖范围的要求,所以往往采用指向摆镜,并绕两轴连续地或间歇地摆动来对地面不同位置的目标进行观测。但是由于空间工作环境会使光学指向摆镜的形状及内部应力发生变化,进而会对其光学特性产生明显的影响,因此对它进行工程分析就显得尤为重要。运用有限元法,对轻量化后的碳化硅指向摆镜在不同加速度条件下的面形和内部应力的变化作了研究和分析,同时对轻量化后的碳化硅指向摆镜在不同的温度场中的面形和内部应力的变化也作了研究和分析,为侦察系统的光学设计和结构设计提供了一些可供参考的数据。     

空间两维指向摆镜的成象分析

本文分析了航天摄影相机的指向摆镜统二轴摆动时的成家关系,讨论了摆镜引起的象倾斜及象倾斜角与摆镜摆角的关系,并论述了象倾斜的校正方法;本文还讨论了摆镜对地面的扫描轨迹和覆盖范围.     

成像光谱仪扫描镜运动准确度测量

扫描镜的运动准确度直接影响成像光谱仪对地运动补偿效果,为此研制了一套扫描镜运动准确度测试设备对其进行测量.首先分析了扫描镜的运动补偿原理,从理论上给出了运动补偿曲线;随后以15 m地面像元分辨率和系统调制传递函数下降2%作为依据分别确定了扫描镜的位置和速度准确度要求,列出了扫描镜运动补偿倍数与相对转速误差的关系.基于检定设备1/3法则提出了扫描镜运动准确度测试设备技术指标要求,接着以0.8″绝对式光电编码器为核心建立了一套扫描镜运动准确度测试装置,并从测试方法误差和编码器测角误差两方面对测试装置测角和测速准确度进行了详细分析;最后采用研制的测试装置对扫描镜的运动准确度进行了测量试验.试验结果表明扫描镜位置准确度优于3″±1.2″,4倍补偿时速度准确度为5.6%±1.29%,6倍补偿时速度准确度为3.85%±1.29%,满足成像光谱仪对扫描镜运动准确度要求.外场成像图像证明本文提出的扫描镜运动准确度测量方法及设备可用于成像光谱仪扫描镜的性能检测与验收.     

高精度两维指向摆镜的研制

本文介绍了两维指向摆镜的结构设计、关键零件的确定和精度分析.     

空间指向摆镜的轻量化研究

摆镜轻量化研究的问题主要有两个:一是摆镜的材料,二是摆镜的结构形式和结构参数.在综合比较材料的力学和热学特性后,选取碳化硅和融石英作为摆镜的初始材料;摆镜采用了失芯式结构和蜂窝状轻量化单元,通过计算和分析选定了摆镜的初始结构参数后,对摆镜进行了有限元分析,结果证明轻量化摆镜在保持摆镜刚度不变的情况下有效地减轻了摆镜的重量.     

空间目标天文定位方法及观测分析

研究并分析了一种加权最小二乘曲面法,将其用于空间目标天文观测,该方法不仅简单方便,而且还能够用于高准确度、大数据量的天文定位.通过实际星空观测,对连续拍摄的星图进行分析计算,结果表明,拟合均方误差在赤经和赤纬方向均优于4″.赤纬的定位准确度高于赤经的定位准确度,在赤经与赤纬方向上的最大定位误差分别为5.13″和1.74″.该方法降低了恒星位置误差对观测结果的影响,剔除了定标星的偶然匹配误差,提高了观测数据的利用率以及天文定位准确度,在实际工作中有较高的应用价值.     

角镜光学扫描系统的分析计算

本文应用两面镜反射的矢量方程式,分析了固定夹角和可变夹角的角镜光学扫描系统诸角度间相互关系,导出了保持出射光轴在垂直面内扫描并消除象倾斜所必须满足的条件,分析了夹角和摆角误差对出射光轴俯仰角的影响。     

纳米级两维微位移工作台的参数测试

为了分析纳米级两维微位移工作台引入的测量误差 ,介绍了其机械结构及工作原理 ,进行了定位准确度实验和运动方向的直线度 (偏摆 )实验 ,实验结果表明 ,工作台的定位准确度较高 ,运动方向的直线度在工作台工作范围内无需修正 ,即可满足高精度测量的需要     

点光源反射镜法向标校技术

针对基于反射式点光源进行在轨辐射定标过程中反射镜法向标校建模不够完善的问题,提出基于反射镜与相机几何模型的反射镜法向标校及矢量控制算法.通过解算模型求解相机与反射镜间的几何误差,建立了太阳图像质心坐标与反射镜法向之间的关系,可实现多点自动化标校反射镜法向,提高镜法向标校及系统指向精度.实验结果表明,利用解算后的几何模型反解不同时刻质心坐标进行多点反射镜法向标校,相机观测太阳像素角分辨率标准误差分别为:X轴方向0.02165°、Y轴方向0.01982°,综合角分辨率误差为0.02936°,优于太阳观测器对反射镜法向标校精度.实现了相机观测太阳取代人工借助太阳观测器观测太阳的自动化镜法向标校,扩展了标校灵活度,系统综合指向精度优于0.1°,为固定实验场联网自动化集中控制不同能级梯度的点光源阵列在轨辐射定标和调制传递函数检测奠定基础.     

机载光电跟瞄平台动态准确度测试研究

分析了光电跟瞄平台的随动稳像准确度、稳定准确度和瞄准线稳定准确度等,提出了动态准确度的光电测试方法.通过搭建一定的试验环境,测试多传感器光电系统的光电跟瞄平台动态准确度的各项性能指标.研究结果表明,通过光电法测试光电跟瞄平台动态准确度的各项性能指标,可满足测试光电跟瞄平台和光电传感器系统动态瞄准准确度的要求,有利于复杂多传感器光电跟瞄系统的准确度分析与控制.     

大口径光学离轴平行光管研究——主反镜结构及光学检测

在长焦距大口径平行光管的应用中,平行光管物镜的定位精度以及在装调过程中高灵敏度的调试环节十分重要.介绍大口径离轴光学平行光管主镜结构及其检测方法,给出3种不同口径下的光学系统的装调方法,详细分析 700 mm的平行光管的主镜结构及精调装置,并利用4D干涉仪来检测装调装置对面形的影响.结果表明,该装调装置为自由移动装置,...     

碳化硅指向反射镜轴的高精度镶接技术研究

碳化硅具有优异的热学性能和机械性能,是高性能空间光学应用中的优选材料。但由于它的硬度很高,使得碳化硅反射镜的高精度加工和装配变得很困难。为了提高碳化硅反射镜与两个镜轴固接后的位置精度,采用了结合衬套修正的偏心轴补偿镶接方案。结果表明,这种方法可以将镶接完成后的两个镜轴的同轴度误差降低到0.005mm。由于在镶接过程中仅需要通用的加工设备和工装夹具,因此可以在保证良好经济性的前提下提高碳化硅反射镜的装配精度。     

精密离心机动态半径测试方法研究与实现

为了对精密离心机动态半径进行有效的测量,提出了一种基于外基准的定点定位测量方法,并利用电容测微仪、24位高精度PXI数据采集卡搭建了动态半径测试系统;在测试过程中,首先对离心机动态半径数据进行等角度采样,然后精确提取精密离心机定位平台所在的转盘外边缘的局部数据,再将不同转速下的局部数据进行点对点的比较,计算出动态半径;对测量结果的不确定度进行了评定,评定结果表明,本文提出的测试方法能够实现对精密离心机动态半径较高精度的测量。     

高精度星载点目标轨迹跟踪系统设计

一种高精度星载点目标轨迹跟踪系统,利用拟合点目标轨迹曲线的方法将点目标位置数据简化成多项式系数的数据包,由地面测控系统发送至星上遥感器指向控制单元。指向控制单元与时间管理单元解析数据包中时间参数与系数参数,控制指向镜机构进行运动,对点目标轨迹进行自主跟踪。此方法提高了跟踪系统的跟踪精度,减轻了目标跟踪时总线通信压力。经过试验验证,系统的跟踪精度远优于传统的目标跟踪方法,可进行推广使用。     

傅立叶望远镜外场试验聚光镜子镜支撑模块的设计

傅立叶望远镜（Fourier Telescope）作为一种新兴的光电探测技术，已经成为对深空目标高分辨率成像的首选技术之一。为了推进实际系统的工程化进展，本文设计了傅立叶望远镜外场实验系统聚光镜子镜支撑模块，对镜面支撑与角度调整机构采用串联分级设计。子镜底支撑采用圆周均布的3点柔性膜片，可以很好的抵消热变形对面型精度的影响；侧支撑采用中心柔性隔膜定位，6点杠杆重锤承受径向重力载荷的方式；角度调整机构采用3点螺旋传动可以实现对子镜室的3自由度调整。经有限元分析，镜面的PV值为200nm，RMS值为40nm，曲率半径变化小于1毫米。该设计方法对薄镜面的支撑调整也具有一定的参考价值。     

Φ1m平面镜的力学分析及实验研究

空间太阳望远镜(SST)的装校需要一个倒置的直径为1m的平面镜,此平面镜的面形精度决定了SST的装校成败。平面镜的支撑采用滑轮砝码机构,具有18个牵引点,每个牵引点的牵引力是独立可调的。在此支撑下,利用有限元分析方法分析了平面镜的变形情况,提出了用主动光学原理对牵引力大小进行优化的方法,计算出了保持平面镜具有良好面形时所需要的牵引力的大小。采用Ritchey_Common方法对平面镜进行了测量。测量结果表明,平面镜面形精度的均方根值优于λ/30(λ=633nm),满足了SST的装校要求。     

调焦方式对测绘相机主点位置的影响

考虑测绘相机调焦会影响相机的主点位置,从而改变相机的内方位元素,降低立体测绘精度,故本文分析了空间相机常用的3种调焦方式（镜组调焦、平面反射镜调焦、焦面调焦）对测绘相机主点位置的影响。简要介绍3种调焦方式的工作原理,研究了理想情况下3种调焦方式对主点位置的影响。在考虑系统装凋误差的情况下,建立了主点位置变化量与调焦量之间的数学模型,通过实例计算得出焦面调焦易满足测绘相机主点定位精度〈0．2pixel,是最适合的调焦方式。最后,以某一型号相机调焦机构为实验对象,对平面反射镜方式对主点的位置变化进行了实验量测,结果证明了提出的主点位置变化量理论计算公式的准确性和分析得到的不同调焦方式对主点位置影响的正确性,该公式可以用于指导测绘相机调焦方式的选择,以满足高精度测绘的需要。     

基于RTX64的激光目标模拟系统实时控制软件设计

为满足搭载平面反射镜的高精度二轴机械转台为核心的激光点目标球幕投影系统仿真目标点的时间精度与位置精度要求，提出在具有高实时性和时间精度的RTX (real-time extension)64实时扩展系统环境下开发和运行的计算机控制软件的设计方案。使用实时CAN总线通信与以太网结合的通信控制方法，实现各子系统之间的数据通信和协同控制，提升运动目标模拟的位置精度和时间精度。在20 ms的同步控制时钟周期下，重复实验中模拟目标点的误差最大值分别为0.005 34°与0.004 04°，符合激光点目标球幕投影系统的模拟精度要求，证明该实时控制软件的设计方案可行。     

大口径精密光学调整架的优化设计

针对大功率激光检测技术发展中精密光学调整架存在的刚度不足的问题,设计了一种适合装调大口径光学镜片的精密光学调整架结构,并建立其力学模型,分析其动力学性能,通过420 mm大口径球关节调整架结构俯仰模态理论的分析和实验测试数据之间对比,找出导致调整架结构谐振频率变差的原因。采用优化设计后的大口径调整架第一阶俯仰模态的频率为157.788 Hz,能够很好满足在强振源下的工作需要。