空间相机调焦机构同步性精度分析

调焦机构是空间相机获得良好成像质量的重要保障。由于调焦机构焦平面两端的同步性误差不可避免,会对成像质量造成影响,因此对双凸轮和丝杠螺母调焦机构同步性误差进行了分析。介绍了两种调焦机构工作原理;分析了两种调焦机构同步性误差的来源并对其同步性误差进行了计算;对两种调焦机构的同步性进行了测试验证。两种调焦机构采用统计法和蒙特卡罗法计算同步性误差,验证结果与之相符。满足调焦机构同步性误差的最大允许值±20μm,完全满足现阶段使用要求。     

空间相机调焦机构的设计与分析

设计了一种用于空间相机的调焦机构,该机构采用步进电机带动的精密步进谐波传动。波发生器由椭圆凸轮与套在其上的柔性轴承组成,输出端连接滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动,带动调焦镜沿直线导轨往复运动,其中输出刚轮与绝对式编码器相连,检测调焦移动位移。该机构具有传动比大、精度高、结构紧凑、效率高、运转平稳等特点。针对该机构在空间相机的实际应用,推导出了调焦机构位移与焦面移动的位置关系,并对该调焦机构进行了误差分析,用闭环控制的方式对其精度进行了检测。试验数据表明,该调焦机构传动比为1：70,重复定位精度为2μm,满足空间相机使用要求。     

离轴三反测绘相机调焦机构的设计

针对测绘相机对相机成像质量和内方位元素稳定性的要求,在分析3种调焦方式特点的基础上,确定了符合离轴三反测绘相机需要的调焦方式。设计了滚珠丝杠驱动的直线导轨式调焦机构,计算得到调焦机构的灵敏度为0.2μm。对该调焦机构进行了精度检测和试验验证,结果显示其指向精度〈2″,定位精度〈3μm。得到的结果表明：该空间调焦机构具有结构紧凑、刚度高、位移精度好等特点,能够满足离轴三反测绘相机的调焦要求。     

微粒子观测相机调焦机构设计

为满足微粒子观测相机对光学系统的要求,提出了一种基于滚珠丝杆驱动的传动式调焦机构,介绍了其独特的直线运动结构形式。针对调焦机构承受的静载荷工况和温度工况,用有限元模拟法仿真分析了它的应力和变形情况,得到的最大静力变形为0.001 mm,最大热变形为0.002 mm。通过分析该结构各个传动件误差及装配误差,给出了结构总的理论相对误差值为2.2%。在样机的装调检测中实现了步进分辨率为0.005 mm,平均空回误差步距角为0.2个,完全可以满足整机对调焦机构的要求。     

空间光学遥感器调焦机构组件力学特性分析

为了保证空间光学遥感器调焦机构的稳定性,基于经典接触理论利用非线性有限元分析软件ABAQUS对调焦机构进行力学特性分析。在进行等效静态分析时对调焦机构施加3000N作用力,得到结构第一阶模态为90Hz,满足空间光学遥感器结构整体模态大于50Hz的要求;动态分析时对调焦机构施加1N单位脉冲力,得出结构动能、加速度曲线和瞬态响应分析模态70.5Hz。力学特性分析结果表明结构具有良好的稳定性,为空间光学遥感器后续研制工作提供了一定的基础。     

空间遥感器调焦机构组件动特性分析

为了研究某种空间遥感器调焦机构组件的动特性,对其进行了锤击法模态试验。通过采用有限元分析软件MSC/NASTRAN对空间遥感器调焦机构组件进行模态分析,得到了空间遥感器调焦机构组件的低阶固有振动频率和主振型。对空间遥感器调焦机构组件试验模态与计算模态进行了对比,并进行了相关性分析和评估。通过空间遥感器调焦机构组件试验模态与计算模态的对比可知:前四阶的固有频率相对误差均在5%以内;模态置信准则判据(MAC)的值均在0.95左右;模态贡献因子(MPF)的值均在0.9左右。说明空间遥感器调焦机构组件计算模态与试验模态具有比较好的相关性,有限元模型比较准确地反映了实际的空间遥感器调焦机构组件的动特性,并为空间遥感器调焦机构的进一步设计提供了依据。     

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。     

可诱导人眼自动调焦的眼底相机光学系统设计

基于自适应光学设计了一款可诱导人眼自动调焦的眼底相机,包括视度调节系统、照明系统和自适应成像系统。在视度调节系统中,通过设置视标诱导人眼自动调焦,校正人眼初级像差,将人眼残余像差控制在自适应成像系统的校正范围内。在照明系统中,采用轴锥镜组产生环形光照明人眼,消除人眼角膜的强反射光,通过调节轴锥镜之间的距离使环形光束内径连续变化以适应不同的人眼。在自适应成像系统中,使用哈特曼-夏克波前传感器作为波前探测器,使用变形镜作为波前校正器,校正人眼的高阶像差。仿真结果表明,眼底照明均匀度可达95%,自适应成像系统在截止频率76lp/mm处,各视场调制传递函数(MTF)值均大于0.36。系统畸变小于1%,能够对在-6 D~+8 D(D表示屈光度数)之间的人眼眼底清晰成像。     

三线阵立体测绘相机光学系统的调焦分析

针对三线阵立体测绘相机CCD成像靶面偏离最佳像面位置,影响成像质量的问题,根据光学系统的设计参量,计算测绘相机的调焦准确度,分析像方远心光路对测绘相机调焦准确度及调焦对测绘准确度的影响.结果表明,光学系统的调焦范围为±2mm;当采用像方远心光路,在允许离焦的范围内进行调焦时,产生的投影畸变可忽略不计.调焦后光学系统的成像质量、畸变要求满足高测绘准确度要求.     

功率谱在高分辨率遥感相机检调焦中的应用

检调焦是高分辨力遥感相机得到高质量图像的关键技术之一。线阵CCD遥感相机在推扫过程中地面景物不断变化,而一般的图像清晰度评价函数只能在相同的图像内容下作比较来判断系统是否合焦。在介绍了遥感相机离焦原因及常用检调焦方法的基础上,用遥感图像验证了图像的功率谱对自然景物具有一定的不变性,分析了将其用于相机检调焦的可行性。实验表明,在系统合焦时,不同图像的功率谱值基本相同;而系统离焦时,功率谱值随着离焦程度的增加而逐渐减小,以此提出了以两幅不同图像功率谱的比值作为CCD遥感相机调焦的评价函数。     

视轴角控制误差对航天相机成像质量的影响分析

为了降低飞行器倾斜成像工作过程中视轴角误差对TDICCD空间相机成像质量的影响,提出满足相机成像质量的视轴角范围及控制误差的要求。根据空间相机成像机理,给出了焦面像移速度以及由视轴角误差引起的像移速度匹配误差计算公式,分析了视轴角对地面像元分辨力的影响。并以调制传递函数(MTF)为约束条件给出了不同积分级数下视轴角的范围。通过实际工程参数计算得出,当视轴角控制误差为0.8时,满足96级TDICCD成像质量要求的视轴角应不大于12.75;若要满足96级TDICCD倾斜成像时视轴角达到25,则视轴角控制误差应优于0.4。     

空间相机接触热阻的计算

为了解决空间相机接触热阻难以确定的问题,从接触面传导和辐射换热的角度考虑,给出了其接触热阻的计算方法。根据空间相机的材料、加工、装配及其特殊运行环境,得到一个合理的接触系数范围。以空间相机的正视相机为例,对其结构进行合理的简化,利用I-DEAS/TMG热分析模块建立有限元模型,仿真计算了低温稳态平衡工况,考查了热阻波动对温度分布的影响。正视相机热分析计算结果和热环境模拟试验数据较为吻合,最大偏差为0.45℃。研究结果表明,该接触热阻计算方法合理,可以预测太空环境中干接触的精密加工表面间的接触热阻。     

基于同步探测的脉冲钠导星聚焦非等晕性实验研究

本文提出在大气Greenwood时间常数内采用同步探测技术实现钠导星聚焦非等晕性测量, 开展了脉冲体制钠导星探测实验, 实现了对大气平流层顶端钠导星和同路径自然星可见光波段的哈特曼点阵的同步探测, 并获得钠导星回光单帧波面, 从波面一致性对比、Zernike系数比较、模拟成像校正等方面对实验结果进行较全面分析. 实验结果表明, 在当前实验条件下, 虽然脉冲钠导星的单帧哈特曼点阵的成像对比度较低, 制约了波面恢复精度, 但同步测量的两组波面始终能保持相似性, 其Zernike系数在前36阶一致性较好, 模拟结果表明钠导星探测波面有助于实现对自然星成像的有效校正, 扣除波面恢复误差后的聚焦非等晕性方差小于0.1 rad², 十分接近理论结果.     

大型航天三线阵立体测绘相机精度敏感因素的分析

大型航天三线阵立体测绘相机是由具有独立镜头的三个线阵相机组成的,三个线阵相机保持一定的位置关系是大型航天三线阵立体测绘相机的特点。分析了角位移和线位移对大型航天三线阵立体测绘相机的高程测量精度和平面测量精度的影响,获得了大型航天三线阵立体测绘相机设计制造中的敏感因素,为保证大型航天三线阵立体测绘相机测绘精度的实现,降低设计制造难度和成本指明了努力的方向。     

利用磁聚焦法测量电子比荷的误差分析

在利用磁聚焦法测量电子比荷的实验中,测量误差与示波管的加速电压和聚焦电压存在较大的相关性．通过对测量误差与电聚焦程度、加速电压和聚焦电压之间关系的分析,指出了误差产生的原因,给出了加速电压和聚焦电压的最佳取值范围．