機(jī)載相機(jī)能夠高效地獲取地面信息,在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。非球面光學(xué)元件由于其設(shè)計變量多,可以滿足復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計要求。機(jī)載相機(jī)與非球面光學(xué)系統(tǒng)的相結(jié)合已經(jīng)成為重要的研究方向之一,機(jī)載相機(jī)在空中工作過程中,溫度是影響其成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素,因此運用光機(jī)熱集成分析方法研究溫度對機(jī)載相機(jī)非球面光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的影響具有重要意義。針對機(jī)載相機(jī)工作過程中形成內(nèi)部溫度梯度所引起的梯度折射率,介紹一種梯度折射率系數(shù)擬合方法,對機(jī)載相機(jī)進(jìn)行瞬態(tài)熱分析,導(dǎo)出分析結(jié)果中透鏡的節(jié)點位移與溫度數(shù)據(jù),采用最小二乘法編寫梯度折射率系數(shù)擬合程序并對其求解,建立梯度折射率光學(xué)系統(tǒng)模型,結(jié)果表明隨著機(jī)載相機(jī)工作時間延長,梯度折射率系數(shù)減小,成像質(zhì)量提高。采用齊次坐標(biāo)變換矩陣推導(dǎo)剛體分離矩陣,導(dǎo)入穩(wěn)態(tài)熱分析結(jié)果節(jié)點數(shù)據(jù),求解非球面光學(xué)系統(tǒng)各透鏡剛體位移并分離。以Fringe Zernike多項式為基底函數(shù),運用光機(jī)熱集成分析方法求解不同溫度工況下的各個透鏡的面形畸變,并建立熱彈性變形光學(xué)系統(tǒng)模型,結(jié)果表明溫度升高和降低都會降低光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量,其中相機(jī)對高溫環(huán)境更為敏感。對工作過程不同時間點產(chǎn)生溫度梯度所引起的熱彈性... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡圖

第1章緒論5的光學(xué)系統(tǒng)，對于空間光學(xué)系統(tǒng)性能的提高起到了至關(guān)重要的作用。美國NASA宇航局對于航天方面的光學(xué)成像系統(tǒng)要求十分嚴(yán)苛，必須在實驗室經(jīng)過光機(jī)熱一體化技術(shù)進(jìn)行多次分析以及驗證才可以投入使用。其中具有代表性的有詹姆斯·韋伯（JamesWebb）空間望遠(yuǎn)鏡和哈勃（Hubble）天文望遠(yuǎn)鏡[32][33]在發(fā)射到空間中進(jìn)行工作之前都需要對其進(jìn)行多次光機(jī)熱一體化集成分析和驗證。如圖1-3和1-4所示為詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)和哈勃天文望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)。圖1-3詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡圖圖1-4哈勃天文望遠(yuǎn)鏡最近幾十年，國外在光機(jī)熱集成分析方面的研究取得顯著進(jìn)展，DiVarano[34]利用光機(jī)熱集成分析方法的集成模型對熱-結(jié)構(gòu)耦合以及振動對天文光學(xué)儀器光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)表面所引起的變形進(jìn)行研究，使用Zernike多項式和Legendre多項式對產(chǎn)生變形的表面進(jìn)行面形擬合，可以有效地測量光學(xué)儀器的像差。AhnK[35]通過對碳化硅可變形鏡進(jìn)行有限元分析求解其影響函數(shù)，然后利用Zernike多項式對其進(jìn)行擬合，并通

第3章熱致梯度折射率對非球面光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量影響25圖3-1光學(xué)系統(tǒng)光路圖·鏡筒鏡筒支座CCD基座光學(xué)系統(tǒng)（a）三維圖（b）實物圖圖3-2機(jī)載相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：（a）三維圖（b）實物圖機(jī)載相機(jī)的工作高度為1km，載機(jī)的上升速度為3~5m/s，到達(dá)工作高度大約需要900s左右，假設(shè)機(jī)載相機(jī)和地面的初始溫度都是20℃，1km的高度的溫度大約為12.5℃。對非球面光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，為了與常溫下的成像質(zhì)量進(jìn)行對比，分別對剛升到不同工作時段節(jié)點的六片透鏡的溫度分布情況進(jìn)行求解，圖3-4分別為開始工作時、工作10min、工作20min、工作30min、工作40min時的透鏡溫度分布。通過透鏡溫度分布圖，可以看出由于材料導(dǎo)熱率的不同，透鏡邊緣溫度和透鏡中心產(chǎn)生徑向梯度溫度，由于窗口周圍熱對流單元較多，光學(xué)透鏡組的第一片透鏡的第一面與第六片透鏡的第二面產(chǎn)生軸向梯度溫度。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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