本文關(guān)鍵詞：航天遙感相機(jī)焦平面技術(shù)研究

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【摘要】：航天遙感相機(jī)是在空間利用成像傳感器獲取探測(cè)目標(biāo)圖像信息的精密儀器,作為重要的信息獲取途徑越來越受到世界各國的重視。焦平面組件是航天遙感器的感光部件,集成了光、機(jī)、電、算、熱等多門學(xué)科技術(shù),其工作環(huán)境苛刻,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,可靠性要求高。隨著分辨力的提高和視場(chǎng)的增大,導(dǎo)致焦平面尺寸不斷增大,CCD行頻不斷提高,焦面處理電路往往復(fù)雜龐大,CCD等電子器件發(fā)熱量大,CCD拼接精度要求高。需要通過合理的設(shè)計(jì)以及精密的裝調(diào)手段,實(shí)現(xiàn)大尺寸焦平面組件的高剛度,輕質(zhì)量,在經(jīng)受運(yùn)輸、發(fā)射等過程中的沖擊振動(dòng)載荷時(shí)保持足夠的穩(wěn)定性,同時(shí)有合理、緊湊的布局和精確的位置關(guān)系,以保證相機(jī)的成像質(zhì)量。因此,焦平面技術(shù)是航天遙感器研制中的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文對(duì)航天遙感相機(jī)焦平面技術(shù)進(jìn)行深入研究,主要完成了以下幾個(gè)方面的工作。1.概述了國內(nèi)外航天遙感相機(jī)焦平面的主要實(shí)現(xiàn)形式,分析了由航天膠卷、面陣CCD與線陣CCD構(gòu)成的焦面組件的特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合,結(jié)合航天遙感相機(jī)相機(jī)焦平面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用時(shí)間延遲積分型CCD拼接組成高分辨力航天遙感器的焦平面。對(duì)比焦面常用的棱鏡拼接、機(jī)械拼接、反射鏡拼接和交錯(cuò)拼接的優(yōu)缺點(diǎn),通過改進(jìn)采用雙面反射鏡方案;結(jié)合航天遙感相機(jī)的工程實(shí)際需求,針對(duì)雙面反射鏡方案的光、電、熱設(shè)計(jì)需求進(jìn)行了一體化分析,討論了焦平面設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。2.針對(duì)相機(jī)前后及側(cè)方擺掃的工程要求,建立了相機(jī)成像模型;推導(dǎo)出了相機(jī)同時(shí)進(jìn)行俯仰以及橫滾情況下的CCD重疊像元數(shù)計(jì)算公式,并進(jìn)行了誤差分析;應(yīng)用公式計(jì)算出了各片CCD搭接的最小重疊像元數(shù);基于公式的計(jì)算結(jié)果,提出了一種焦面CCD非均勻拼接方法。3.對(duì)航天遙感相機(jī)的空間環(huán)境進(jìn)行了分析,完成了焦面組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。經(jīng)對(duì)航天常用材料屬性分析及工程實(shí)際需求,選定了4J32作為焦面基板材料,2A12為焦面電箱材料,Si C為焦面反射鏡材料;綜合考慮反射鏡支撐理論以及相機(jī)需求,完成了雙面反射鏡的柔性支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);合理設(shè)計(jì)焦面處理電路及散熱回路,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊的布局。應(yīng)用有限元法對(duì)焦面組件進(jìn)行了靜力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析以及模態(tài)分析。分析結(jié)果為:在重力及+5°溫升作用下,反射鏡面型誤差為:PV:42.7 nm,RMS:5.5 nm;在15kg的均布靜力作用時(shí),焦面基板TDICCD連接面的位移量為:4.08?m;組件一階模態(tài):349Hz。結(jié)果表明:焦平面組件的力學(xué)特性以及熱穩(wěn)定性較好,組件各部分的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)在合理范圍內(nèi),焦平面組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的。4.對(duì)焦平面組件的精密裝調(diào)進(jìn)行了研究,提出了一種利用相機(jī)調(diào)焦功能的精密裝調(diào)方案,并進(jìn)行了精度分析。以每片TDICCD的調(diào)整量?Z為自變量,對(duì)應(yīng)MTF函數(shù)為評(píng)價(jià)函數(shù),通過最小二乘擬合法構(gòu)建了最佳像面位置方程,進(jìn)而解算得到最小修調(diào)量。分析結(jié)果表明采用此種裝調(diào)方案,能夠提高相機(jī)裝調(diào)效率。5.為驗(yàn)證相機(jī)成像質(zhì)量以及焦面組件的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)了一種單點(diǎn)成像方案并進(jìn)行了誤差分析。通過轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)模擬相機(jī)在軌的正視、俯仰以及橫滾,消除了兩點(diǎn)成像以及直線成像方案中的部分系統(tǒng)誤差,誤差分析表明該方案的測(cè)試值在許用范圍內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：遙感相機(jī) 焦平面組件 搭接像元數(shù)計(jì)算 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 有限元分析 精度分析 精密定焦 立體成像
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V445.8;V443.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目錄9-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 航天遙感相機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀12-22
• 1.3 航天遙感器焦平面組件的發(fā)展現(xiàn)狀22-27
• 1.4 本文的主要內(nèi)容27-29
• 第2章 焦平面方案的分析與選擇29-43
• 2.1 引言29
• 2.2 常見探測(cè)器及特性分析29-33
• 2.3 CCD拼接方案的對(duì)比分析33-38
• 2.4 光、電、熱需求的一體化分析38-41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 第3章 焦平面CCD搭接像元計(jì)算43-61
• 3.1 引言43-44
• 3.2 坐標(biāo)系定義44-46
• 3.3 相機(jī)成像模型建立與成像特性分析46-52
• 3.4 重疊像元數(shù)計(jì)算公式的推導(dǎo)與誤差分析52-57
• 3.5 重疊像元數(shù)的驗(yàn)算57-58
• 3.6 本章小結(jié)58-61
• 第4章 焦平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析61-85
• 4.1 引言61
• 4.2 焦平面組件所處環(huán)境分析61-62
• 4.3 結(jié)構(gòu)材料的對(duì)比分析與選取62-65
• 4.4 焦平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)65-73
• 4.5 焦面組件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析73-83
• 4.6 本章小結(jié)83-85
• 第5章 大尺寸焦平面的精密定焦85-101
• 5.1 引言85
• 5.2 裝調(diào)任務(wù)分析85-87
• 5.3 常用裝調(diào)方案分析87-90
• 5.4 精密裝調(diào)方案設(shè)計(jì)90-97
• 5.5 定焦精度分析97-99
• 5.6 定焦實(shí)驗(yàn)99-100
• 5.7 本章小結(jié)100-101
• 第6章 外場(chǎng)成像試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)101-113
• 6.1 引言101
• 6.2 試驗(yàn)任務(wù)分析101-102
• 6.3 常用外場(chǎng)立體成像方案102-104
• 6.4 單點(diǎn)成像方案設(shè)計(jì)104-109
• 6.5 外場(chǎng)成像方法的誤差分析109-111
• 6.6 外場(chǎng)成像實(shí)驗(yàn)111-112
• 6.7 本章小結(jié)112-113
• 第7章 結(jié)論與展望113-117
• 7.1 結(jié)論113-114
• 7.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)114-115
• 7.3 研究展望115-117
• 參考文獻(xiàn)117-123
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況123-125
• 指導(dǎo)教師及作者簡(jiǎn)介125-126
• 致謝12

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本文編號(hào)：944193