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。     

推扫式航空遥感器像面调焦机构设计

为了提高航空遥感器的地面分辨率,改善图像清晰度,本文分析了遥感器离焦原因,根据推扫式航空遥感器光学系统的特点和结构形式,设计了一种使用凸轮和直线导轨的调焦机构来补偿CCD感光面的离焦量。设计中采用偏心的内、外曲线凸轮,以保证CCD探测器的位置稳定性。对机构的误差分析和精度实验表明:该调焦机构的误差不大于遥感器的半焦深0.04 mm,满足使用要求。提出的像面调焦方法适用于装机空间小,焦距较短的遥感器。     

空间光学遥感器环境适应性设计与试验研究

为适应空间光学遥感技术的迅速发展及对空间光学遥感器需求的不断增长,在追求高高空间分辨率、高光谱分辨率、高辐射分辨率性能及轻量化的同时,必须考虑空间光学遥感器对恶劣的发射运载力学环境及在轨真空热环境的适应性问题。本文概述了国内外空间光学遥感器环境适应性设计的现状与进展,阐述了空间环境因素对空间光学遥感器性能的影响,尤其是在力学及真空热环境作用下的环境效应,探讨了环境效应的作用机理;在对任务需求和环境效应分析的基础上,提出了空间光学遥感器环境适应性设计的要求、准则以及适应性设计要点。在空间光学遥感器设计的早期设计阶段,统筹考虑对未来可能遇到的各种环境的适应性问题,并开展以质量特性、动力学特性及热光学特性为主的适应性设计分析迭代。在工程实施阶段,进行相应的特征试验以及环境模拟试验,实地考核空间光学遥感器的力学及热光学特性以及在各种模拟环境条件下功能和性能的有效性和正确性,确保对未来各种恶劣环境条的适应性。本文对设计分析迭代过程中以及试验过程中对环境适应性的评价方法及其相关的地面试验内容和方法也进行了论述。     

空间光学遥感器控制器机电热一体化设计

根据空间电子设备机电热一体化设计思想,设计了高分辨率空间光学遥感器的控制器,以验证一体化设计的优势和效果。概括了空间电子设备的一体化设计流程。针对空间光学遥感器控制器的研制提出了相应的一体化设计原则。说明了控制器的各电路板和大功率元器件的设计方案。通过热、力学仿真分析和试验手段对设计方案进行了验证。结果表明:控制器元器件的最高壳温在51℃以内,整机的前三阶模态均高于100Hz。设计方案完全满足热控、刚度等设计指标要求。     

长焦距空间光学遥感器支撑结构有限元分析

为了提高长焦距空间光学遥感器主支撑结构的刚度,实现结构的轻量化,分析了几种常用的空间支撑结构材料,并结合三反离轴光学系统的特点,用有限元分析软件MSC．PATRAN建立了几种不同支撑结构的有限元模型。对其进行了模态分析,并对支撑结构在温度场和重力场影响下的变化进行了研究,从而对实际工程中光学遥感器结构的材料及构型选择提供了参考,对大型离轴三反空间光学遥感器主支撑结构的设计具有一定指导意义。     

离轴三反光学遥感器遮光罩的设计与试验验证

遮光罩是空间光学遥感器的重要组成部分,是抑制空间光学遥感器杂散光的首要措施。遮光罩削弱杂散光效果的好坏直接影响到光学遥感器光学系统的成像品质。本文设计了一种满足离轴三反空间光学遥感器要求的大尺寸碳纤维/环氧复合材料遮光罩,并结合有限元分析、杂散光分析及力学试验、光学系统传递函数检测手段来验证该遮光罩是否满足航天使用要求。结果显示,各视场光学系统传递函数检测结果基本一致,均在0.2以上。表明该大尺寸遮光罩具备良好的结构的稳定性、可靠性,能够满足空间应用要求。     

矩形反射镜结构支撑技术研究

大尺寸矩形反射镜结构支撑是离轴三反消像散(TMA)光学遥感器研制过程中的关键技术难点之一。以某临近空间光学遥感器的760 mm×320 mm三镜为研究对象,系统分析了环境温度对反射镜面型影响的本质原因,得出了温度适应范围与热膨胀系数差(反射镜与支撑结构)、反射镜接口承载能力、柔性支撑刚度之间的关系,形成了一套大口径光学反射镜结构支撑设计思路。提出了一种基于圆切口柔性铰的两轴正交反射镜柔性支撑结构,利用有限元对反射镜组件的光学面型和模态频率进行了仿真分析,通过正弦扫频实验对反射镜组件的结构频率进行了实际验证。在1g重力和10℃温度载荷的共同作用下,反射镜光学面型的最大均方根差(RMS)为13.4 nm,满足所提出的λ45(λ=632 nm)指标要求。反射镜组件最低阶模态频率的分析值和实验值分别为128.67 Hz和124.1 Hz,满足所提出的不低于100 Hz指标要求。     

空间光学遥感器热设计中的计算机数值模拟

介绍了某空间光学遥感器所处的空间热环境 ,分析了热环境的变化对光学遥感器尺寸稳定性以及对成像质量的影响。根据以遥感器为中心而建立的热平衡方程 ,利用有限元分析软件进行光学遥感器热设计的计算机数值模拟计算。分析结果表明 ,所提出的热设计方法大大改善了遥感器的温度场分布 ,能够满足光学设计所提出的要求     

航天光学遥感器光机结构尺寸稳定性变化对成像质量的影响

发射过程中的力学环境和在轨运行时的热环境,影响航天光学遥感器的尺寸稳定性,进而影响成像质量。用光学元件相对各自理想位置的变化、光学元件方程参数的变化和光学元件面形质量的变化表示遥感器光机结构尺寸稳定性的变化。结合实际工程项目,利用Zemax软件,分析主、次镜离焦、离轴、倾斜以及非球面方程参数变化对成像质量的影响。结果表明,离焦和非球面方程参数变化对成像质量影响较离轴和倾斜敏感。     

空间相机调焦机构运动同步性误差分析

研究了空间相机调焦机构的运动同步性误差对成像质量的影响。针对某型空间相机的大尺寸焦面调焦机构,分析了运动同步性误差产生的原因。按照其光学系统参数计算得出当系统光学传递函数下降不超过5％时,调焦机构运动同步性误差的最大允许值为0.02 mm。针对其采用的调焦机构,推导出运动同步性误差计算公式,并计算得到该调焦机构的最大运动同步性误差为0.015 mm。最后,对该调焦机构进行了实际测试。测试结果显示,该调焦机构的运动同步性误差在振动实验前后分别为0.012和0.013 mm,表明该机构的运行非常稳定。理论分析以及实验结果证明了该调焦机构完全满足应用要求。     

高分辨率空间光学遥感器波像差的无波前传感器自适应光学校正

高分辨率空间光学遥感器在轨工作时,由于受到各种因素的影响,无法清晰成像,目前多采用自适应光学方法与技术进行校正.传统自适应光学系统体积较大,结构复杂,难以应用于高分辨率空间光学系统的在轨校正.无波前传感器自适应光学系统去除了传统自适应光学中的波前传感器,大大简化了系统结构,具有体积小、易于实现等优势,特别适用于高分辨率...     

Phase‐space analysis and experimental results for secondary focusing at X‐ray beamlines

Micro‐focusing optical devices at synchrotron beamlines usually have a limited acceptance, but more flux can be intercepted if such optics are used to focus secondary sources created by the primary optics. Flux throughput can be maximized by placing the secondary focusing optics close to or exactly at the secondary source position. However, standard methods of beamline optics analysis, such as the lens equation or matching the mirror surface to an ellipse, work poorly when the source‐to‐optics distance is very short. In this paper the general characteristics of the focusing of beams with Gaussian profiles by a `thin lens' are analysed under the paraxial approximation in phase space, concluding that the focusing of a beam with a short source‐to‐optics distance is distinct from imaging the source; slope errors are successfully included in all the formulas so that they can be used to calculate beamline focusing with good accuracy. A method is also introduced to use the thin‐lens result to analyse the micro‐focusing produced by an elliptically bent trapezoid‐shaped Kirkpatrick–Baez mirror. The results of this analysis are in good agreement with ray‐tracing simulations and are confirmed by the experimental results of the secondary focusing at the 18‐ID Bio‐CAT beamline (at the APS). The result of secondary focusing carried out at 18‐ID using a single‐bounce capillary can also be explained using this phase‐space analysis. A discussion of the secondary focusing results is presented at the end of this paper.     

空间遥感器中窗口的热光学特性研究

光学窗口是空间光学遥感器应用系统中的重要组成部分 ,其热光学特性是其热控设计的指南。拟定某种温度边界条件后利用有限元法计算其稳态温度场分布 ,再将温度载荷和其它有关广义力载荷作为载荷 ,计算光学玻璃的变形。将变形值拟合为 Zemike多项式 ,输入到光学设计程序 Zmax TM中 ,计算出光学玻璃的变形所引入的波差。最终根据光学遥感器许用的系统波像差来给定光学玻璃的许用温度梯度     

大口径折反射式光学系统的光机结合分析

大口径折反射式光学系统在空间遥感仪器中广泛应用,反射镜的支撑结构直接关系镜面面形变化从而影响光学遥感器的成像质量.建立了光学系统的光机结合分析方法,使得在设计阶段就能评测光学元件支撑结构是否满足要求,得到支撑结构对成像质量的影响的直观结果.这一方法也可用于光学系统的光机热结合分析.     

1D Solitons in Saturable Nonlinear Media with Space Fractional Derivatives

Two decades ago, standard quantum mechanics entered into a new territory called space-fractional quantum mechanics, in which wave dynamics and effects are described by the fractional Schrödinger equation. Such territory is now a key and hot topic in diverse branches of physics, particularly in optics driven by the recent theoretical proposal for emulating the fractional Schrödinger equation. However, the light-wave propagation in saturable nonlinear media with space fractional derivatives is yet to be clearly disclosed. Here, such nonlinear optics phenomenon is theoretically investigated based on the nonlinear fractional Schrödinger equation with nonlinear lattices—periodic distributions of either focusing cubic (Kerr) or quintic saturable nonlinearities—and the existence and evolution of localized wave structures allowed by the model are addressed. The model upholds two kinds of one-dimensional soliton families, including fundamental solitons (single peak) and higher-order solitonic structures consisting of two-hump solitons (in-phase) and dipole ones (anti-phase). Notably, the dipole solitons can be robust stable physical objects localized merely within a single well of the nonlinear lattices—previously thought impossible. Linear-stability analysis and direct simulations are executed for both soliton families, and their stability regions are acquired. The predicted solutions can be readily observed in optical experiments and beyond.     

用子结构模态综合法求解光学反射镜组件结构动响应

在航天光学成像仪器中光学反射镜组件结构复杂,相应的有限元分析模型大,因此分析效率较低。针对此问题,引入子结构模态综合法作为光学反射镜组件结构动响应的求解方法。具体讨论了子结构模态综合法求解结构动响应的基本原理,说明了该法在工程上的实现方法。以某反射镜组件为例进行了计算,结果表明,子结构模态综合法与经典的整体FE分析法比较,求解的前10个固有频率误差小于7%,计算时间前者为后者的2/3;加速度响应曲线符合良好,计算时间前者为后者的2/5,子结构模态综合法的计算效率明显提高,工程适用性良好。     

小口径高精度折射式光学系统装调公差的分析与控制

采用小口径高精度折射式光学系统的对地观测遥感器对成像质量要求严格,随之对装调公差要求苛刻。传统装调公差分配完全以光学设计给定公差为标准,在实际装调过程中与精度和周期的需求产生矛盾。提出将光学设计和装调实践相结合,用全过程仿真计算进行成像质量预估,对公差进行再分配,并利用光学系统各分离误差相互间的补偿,实时调整公差。然后举例说明在某小口径高精度折射式光学系统装调过程中对公差的具体分析,并详细阐述了针对公差的再分配和补偿方法,实现对偏心误差的控制精度为2,对镜间距的控制精度为1 m。镜头装调完成后成像性能良好,证明公差分配及控制方法的改进使装调效率显著提高。