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空间相机温度-离焦特性分析与试验

光学精密工程 2017年第7期25卷 1825-1831页

作者：孔林杨林中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 长光卫星技术有限公司吉林长春130033 中国科学院大学北京100039

为了提高空间相机在不同温度条件下的成像质量,本文建立了空间相机光-机-热集成分析模型,以此模型为基础,对系统的温度-离焦特性进行研究,得到了相机温度调焦曲线,并开展了热光学试验。首先,分析了温度变化对光学系统的影响,特别是对最... 详细信息

为了提高空间相机在不同温度条件下的成像质量,本文建立了空间相机光-机-热集成分析模型,以此模型为基础,对系统的温度-离焦特性进行研究,得到了相机温度调焦曲线,并开展了热光学试验。首先,分析了温度变化对光学系统的影响,特别是对最佳像面位置的影响,得到了相机离焦量与光学元件参数的关系;介绍了光机热集成分析的一般方法,即将热分析的温度场,经过映射,作为结构分析的边界条件,然后进行结构有限元的热弹性分析,通过对变形结果中光学元件曲率和刚体位移做拟合,得到敏感因素的温度-离焦敏感度矩阵;在此基础上得到了相机温度调焦曲线;最后,开展了相机热光学试验。试验结果表明,基于集成分析结果的温度调焦,空间相机在20℃±8℃内的最大误差小于0.1mm,基本满足相机在轨自动调焦的要求,并指出了进一步提高相机温度调焦精度的方法。

关键词：空间相机集成分析温度调焦有限元热光学试验

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空间相机次镜调整机构的改进布谷鸟标定方法

红外与激光工程 2018年第5期47卷 179-186页

作者：王瀚曹小涛赵伟国赵海波杨维帆张博威中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

为了提高空间相机次镜Stewart型调整机构的定位精度,需要完成机构的精密标定。针对6-PSS Stewart机构,首先依据最小二乘原则,利用驱动残差构建了参数标定模型。其次为提高标定优化问题的全局求解精度,采用自适应路径(Variable Step Adap... 详细信息

为了提高空间相机次镜Stewart型调整机构的定位精度,需要完成机构的精密标定。针对6-PSS Stewart机构,首先依据最小二乘原则,利用驱动残差构建了参数标定模型。其次为提高标定优化问题的全局求解精度,采用自适应路径(Variable Step Adaptive,VSA)及限界处理对单纯形布谷鸟算法进行改进,并应用于标定优化问题求解。数值仿真表明其求解能力并优于单纯型布谷鸟算法。最后,为保证标定的全行程有效性,规划了包含位姿六元素的试验数据采样方法。实验结果表明,经过该方法标定后,位姿采样点处最大位移误差由19.97μm降为9.68μm,最大转角误差由123.84″降为最大8.86″,在非采样点处最大误差与采样点处在同一量级水平。基于上述模型、算法和采样位姿规划的标定方法可有效提高定位精度,且标定结果在全行程区域内有效。

关键词：空间相机精密标定 SMCS算法 Stewart平台

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空间相机成像参数配置功能检验

光学精密工程 2014年第5期22卷 1183-1189页

作者：顾营迎沈湘衡马军霍金明李静秋葛欣宏中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 长春大学光华学院吉林长春130000

介绍了空间相机成像参数配置的基本组成和作用,讨论了成像参数配置功能缺陷对相机成像质量的影响,应用数学方法分析了成像参数配置功能抽样检验的测试风险。基于自动测试系统,提出了一种空间相机成像参数配置功能全面检验的方法来解决... 详细信息

介绍了空间相机成像参数配置的基本组成和作用,讨论了成像参数配置功能缺陷对相机成像质量的影响,应用数学方法分析了成像参数配置功能抽样检验的测试风险。基于自动测试系统,提出了一种空间相机成像参数配置功能全面检验的方法来解决测试覆盖性和测试效率之间的矛盾。应用本文提出的测试系统和检验方法对空间相机成像参数配置功能进行了全面检验。结果表明:本方法实现了成像参数配置功能的100%覆盖检验;每条参数测试判读时间缩短为40ms;完成相机成像参数全面检验的测试时间大约为50min。该方法能够有效测试出成像参数配置功能故障,满足了空间相机高效测试、零质量缺陷的要求。

关键词：空间相机成像参数配置功能检验抽样测试

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空间相机碳纤维薄壁筒式主次镜支撑结构

光学精密工程 2022年第12期30卷 1429-1439页

作者：宋训鹏龚小雪张雷袁健杨云飞长光卫星技术股份有限公司吉林长春130102

在大口径、长焦距空间遥感相机中,主、次镜间相对位置变化会影响相机的成像质量和稳定性,因此,作为主次镜间承力结构的主次镜支撑结构,是相机设计过程中的关键一环。本文针对大口径、长焦距相机特点,设计并研制了碳纤维薄壁筒式主次镜... 详细信息

在大口径、长焦距空间遥感相机中,主、次镜间相对位置变化会影响相机的成像质量和稳定性,因此,作为主次镜间承力结构的主次镜支撑结构,是相机设计过程中的关键一环。本文针对大口径、长焦距相机特点,设计并研制了碳纤维薄壁筒式主次镜支撑结构。首先,根据给定光学系统,选取了筒式基结构形式。然后,根据筒式基结构形式的特点,依次对筒式结构的次镜支撑梁和纵向加强筋的几何结构形式进行了分析与选型。接着,为了充分发挥碳纤维材料铺层可设计性特点,对主次镜支撑结构进行了结构关键尺寸、铺层厚度和铺层角度三者的迭代优化设计,并对设计结果进行了有限元仿真分析。最后,通过测量次镜角度变化量和特征级扫频振动试验,验证了支撑结构的稳定性和结构刚度。试验结果表明:次镜相同状态下长期监测差值变化量小于1.5″,重力翻转前后变化量小于1.08″,支撑结构一阶固有频率大于115 Hz,轴向频率大于180 Hz,表明主次镜支撑结构具有良好的刚度和结构稳定性,满足设计指标要求。

关键词：空间相机主次镜支撑结构形式迭代优化结构稳定性

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空间相机电子设备热控系统设计

光学精密工程 2009年第9期17卷 2145-2152页

作者：陈立恒吴清文罗志涛董吉洪江帆中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

为了解决大功率空间相机电子设备的散热问题，对某空间相机电子设备的热控系统进行了设计。针对需要散热的电子元器件、印制板以及设备机箱采取了加导热片、表面发黑处理、填充导热填料等高可靠性的导热和辐射方式进行散热。然后，以某... 详细信息

为了解决大功率空间相机电子设备的散热问题，对某空间相机电子设备的热控系统进行了设计。针对需要散热的电子元器件、印制板以及设备机箱采取了加导热片、表面发黑处理、填充导热填料等高可靠性的导热和辐射方式进行散热。然后，以某个器件为例建立了散热通道简化模型，进行了散热效果的估算。最后，根据电子设备的空间环境、结构特点以及采取的热控措施，应用TMG软件建立了热分析模型，对其热控系统进行了仿真分析，同时进行了电子元器件的结温计算。结果显示，电子设备印制板的温度为35．6～45℃，电子元器件的结温温度为45．4～88．5℃，均低于降额热控温度指标，散热效果明显。表明热控系统设计合理，所采取的热控措施能够满足设计要求。

关键词：空间光学空间相机电子设备热控系统仿真

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空间相机遮光罩的低功耗热设计

红外与激光工程 2016年第9期45卷 182-187页

作者：江帆吴清文王忠素刘金国鲍赫中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

空间相机遮光罩的温度波动直接影响附近光学元件的温度波动，而光学元件的热变形将导致光学成像质量的下降。针对一种高分辨率空间相机的遮光罩，提出了几种不同的热控方案并进行了比对分析。首先，介绍了空间相机遮光罩的一般热控措施... 详细信息

空间相机遮光罩的温度波动直接影响附近光学元件的温度波动，而光学元件的热变形将导致光学成像质量的下降。针对一种高分辨率空间相机的遮光罩，提出了几种不同的热控方案并进行了比对分析。首先，介绍了空间相机遮光罩的一般热控措施及效果并分析了影响空间相机遮光罩温度波动的外热流及传导热阻；然后通过仿真分析得到了三种不同热控方案下的温度数据及主动加热功耗数据，经过比对分析后选用了主动加热功耗少、温度波动范围小的热设计方案。最后，通过热平衡试验及在轨数据验证了选用方案的有效性。空间相机遮光罩的在轨温度范围为4.8～9.2℃，次镜温度范围为17.8～17.9℃，与仿真分析结果一致性良好，热设计合理有效，满足任务需求。

关键词：空间相机遮光罩热设计热仿真分析

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空间相机调偏流机构运动公式的拟合

光学精密工程 2014年第12期22卷 3342-3347页

作者：杨会生李志来徐宏曹乃亮鲍赫关英俊中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 长春工业大学机电工程学院吉林长春130012

研究了空间相机调偏流机构运动公式的提取方法,以便提高运动机构精度,改善空间相机成像质量。分析了调偏流机构测试数据的分布规律,建立了它的分布规律模型。采用对角频率ω一维搜索的三参数三角函数拟合方法,对测试数据进行了最小二乘... 详细信息

研究了空间相机调偏流机构运动公式的提取方法,以便提高运动机构精度,改善空间相机成像质量。分析了调偏流机构测试数据的分布规律,建立了它的分布规律模型。采用对角频率ω一维搜索的三参数三角函数拟合方法,对测试数据进行了最小二乘拟合,并研究分析了首次拟合残差的分布规律,提取并修正了其中的系统误差分量,从而进一步提高了拟合精度。试验结果表明:使用上述方法提取调偏流机构运动公式后,调偏流系统控制精度优于30″,与最小二乘拟合结果(最大拟合偏差20.5107″)相符,同时满足系统控制要求,不仅实现了高精度的偏流角控制,还降低了对零部件加工、装配的要求和制作成本。

关键词：空间相机调偏流机构曲线拟合最小二乘法

空间相机焦平面CCD交错拼接重叠像元数计算

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光学精密工程 2016年第2期24卷 422-429页

作者：武奕楠李国宁张宇中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

针对大视场空间相机焦平面采用的多片CCD交错拼接,提出了一种适用于多种姿态模式的重叠像元数解析计算方法,以保证空间相机成像视场中不出现漏缝。分析了CCD交错拼接的成像特性和产生漏缝的原因;基于空间坐标系变换和中心投影共线方程... 详细信息

针对大视场空间相机焦平面采用的多片CCD交错拼接,提出了一种适用于多种姿态模式的重叠像元数解析计算方法,以保证空间相机成像视场中不出现漏缝。分析了CCD交错拼接的成像特性和产生漏缝的原因;基于空间坐标系变换和中心投影共线方程建立了重叠像元数计算模型,对像点、相机摄像中心、地面景物点建立动态数学关系,通过追踪像点在像面上的运动轨迹计算了拼接缝像元重叠情况。结合实际工程样例,计算和分析了空间相机机动角度、星下点纬度、视场位置等因素对重叠像元数的影响,并将各工况下计算的最多漏像元数作为最终拼接量。结果表明:重叠像元数理论误差小于1pixel;对比侧摆,俯仰成像时所需拼接像元数更多;该计算模型可扩展应用于其他类型空间相机在任何姿态模式下的重叠像元数计算。

关键词：空间相机电荷耦合器件(CCD) 交错拼接重叠像元共线方程

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空间相机重复展收机构薄膜防护罩设计及分析

光学精密工程 2021年第12期29卷 2877-2890页

作者：肖洪王洪洋郭宏伟张赛刘荣强范斌边疆哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 天地科技股份有限公司北京100020 中国科学院光电技术研究所四川成都610207

空间光学相机是高精度系统,其主镜由重复伸展机构支撑到位并实现系统成像。为了提高空间光学相机可重复展收机构的精度,基于Miura折纸原理提出薄膜防护罩折叠方法并进行了参数分析。采用NX/SST仿真软件分析了伸展机构有无防护罩包覆的... 详细信息

空间光学相机是高精度系统,其主镜由重复伸展机构支撑到位并实现系统成像。为了提高空间光学相机可重复展收机构的精度,基于Miura折纸原理提出薄膜防护罩折叠方法并进行了参数分析。采用NX/SST仿真软件分析了伸展机构有无防护罩包覆的温度场,研究了主镜安装面在不同温度梯度下的变形规律,利用伸展机构防护罩样机进行了伸展机构可重复展收实验。结果表明本文设计的可重复折展薄膜防护罩的展开角θ_(A)=120°时,结构已完成接近85%的展开,此时模型形状依然规整,验证了防护罩的随动重复展收功能。通过热分析发现,有防护罩时伸展机构最高温度为12℃,最低温度为3.5℃,与无防护罩相比,最高温度降低了22℃,最低温度提高了51.5℃,防护罩有效降低了伸展机构的温度梯度。实验结果表明,伸展机构在进行了10次重复展开试验后,在X方向重复精度平均值的绝对值为0.00216 mm,Y方向为0.00596 mm,Z方向为0.00348 mm。本文设计的伸展机构具有较高的重复展收精度,基于折纸原理设计的薄膜防护罩具有良好的可重复展收、遮光和热控效果,可以有效保证光学相机在空间环境的应用。

关键词：空间相机薄膜防护罩 Miura折纸不均匀温度场热变形