本文關(guān)鍵詞：大型空間相機(jī)出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

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【摘要】：隨著空間技術(shù)的不斷進(jìn)步,空間相機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)中所發(fā)揮的作用日益重要,大視場、高分辨率已經(jīng)成為現(xiàn)代空間相機(jī)的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的輕量化非球面反射鏡由于自重變形大、溫度穩(wěn)定性差等問題,會(huì)向系統(tǒng)內(nèi)引入較大的波像差,從而限制空間相機(jī)分辨率的提高,如何校正大口徑主鏡的波像差是發(fā)展高分辨率空間相機(jī)的核心問題之一�；谥鲃�(dòng)光學(xué)原理的變形鏡技術(shù),可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生畸變的波前進(jìn)行充分的校正,有效地提升光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量,在大口徑空間相機(jī)中擁有廣闊的應(yīng)用前景。為了校正高分辨率空間相機(jī)中由大口徑主鏡引入的波像差,可以將變形鏡裝置應(yīng)用到空間相機(jī)的出瞳調(diào)整結(jié)構(gòu)中,通過對(duì)出瞳鏡面形的精確控制,來補(bǔ)償系統(tǒng)內(nèi)的波前畸變。出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)自身性能的優(yōu)劣將會(huì)直接影響到出瞳鏡的像差校正能力,是提升空間相機(jī)分辨率的關(guān)鍵,其設(shè)計(jì)問題則是高分辨率空間相機(jī)在研制過程中的核心問題之一。特殊而復(fù)雜的空間工作環(huán)境要求出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)具有良好的空間環(huán)境適應(yīng)性。為了能夠應(yīng)對(duì)微重力環(huán)境、變化的溫度場和粒子輻照等惡劣的工作條件,出瞳調(diào)整結(jié)構(gòu)必須在保證出瞳鏡具有優(yōu)良的面形質(zhì)量和像差校正能力的前提下,具有良好的溫度適應(yīng)性和動(dòng)、靜力學(xué)特性。本文討論了大型空間相機(jī)出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題,比較了不同結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能,對(duì)影響出瞳鏡校正能力的主要因素展開了研究,設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)緊湊、簡單可靠、性能優(yōu)良的出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)。本文的研究內(nèi)容可以主要概括為以下幾點(diǎn):1,闡述出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成。結(jié)合兩種常見空間相機(jī)的成像特點(diǎn),討論了出瞳調(diào)整結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場合,描述其在空間相機(jī)中的位置。從理論上,推導(dǎo)了出瞳調(diào)整結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)原理和工作過程,為出瞳調(diào)整結(jié)構(gòu)的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。給出空間相機(jī)用出瞳調(diào)整結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,從眾多結(jié)構(gòu)形式的變形鏡中通過比較,選擇了連續(xù)鏡面分立促動(dòng)器式變形鏡作為出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)的最佳形式,給出該形式變形鏡的結(jié)構(gòu)組成以及各部分的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。2,給出出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)過程。闡述了反射鏡、促動(dòng)器組件、支撐底座、裝埋件等主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路,提出筋板式結(jié)構(gòu)和實(shí)體式結(jié)構(gòu)兩種支撐底座,從加工工藝和空間環(huán)境適應(yīng)性出發(fā),確定了各主要零件的材料組合。本文設(shè)計(jì)的出瞳精密調(diào)整結(jié)構(gòu)布局緊湊,采用的元件個(gè)數(shù)較少,系統(tǒng)可靠性高,為接下來的研究和優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3,對(duì)影響出瞳調(diào)整結(jié)構(gòu)工作性能的諸多因素進(jìn)行分析,并對(duì)出瞳調(diào)整結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。運(yùn)用有限元方法,建立相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型,模擬空間工作環(huán)境,進(jìn)行了仿真分析,掌握了出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性等特征。討論了應(yīng)該重點(diǎn)考察的工況,以及如何模擬空間工況的問題。從動(dòng)、靜力學(xué)特性和溫度適應(yīng)性等角度,對(duì)比了兩種不同結(jié)構(gòu)形式的支撐底座,并參考空間反射鏡的支撐方法,研究了不同支撐方案對(duì)調(diào)整結(jié)構(gòu)的影響,確定采用CFRP制作的實(shí)體式支撐底座、并結(jié)合背部三點(diǎn)支撐是出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)的最佳支撐方案。指出了柔性結(jié)構(gòu)在出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中所發(fā)揮的重要作用,參考了多種空間相機(jī)中常用的柔性結(jié)構(gòu),向調(diào)整結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件,如促動(dòng)器底座、推桿,合理地引入了柔性結(jié)構(gòu),從而提高了其空間環(huán)境適應(yīng)性。4,研究了該結(jié)構(gòu)的空間環(huán)境適應(yīng)性和像差校正能力。利用該結(jié)構(gòu)對(duì)典型工況(包括各向重力和溫升工況)下的出瞳鏡變形進(jìn)行展平實(shí)驗(yàn),獲得展平后的結(jié)果近似于標(biāo)準(zhǔn)平面。使用該出瞳鏡精密調(diào)整結(jié)構(gòu)對(duì)前36階澤尼克多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)的基元波面進(jìn)行擬合,獲得的殘差均較小,從而說明該調(diào)整結(jié)構(gòu)可以對(duì)中、低階像差進(jìn)行有效地校正,其像差校正能力能夠滿足空間相機(jī)的使用要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V445.8

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