中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为适应空间光学遥感技术的快速发展及对空间光学遥感器需求的不断增长，在追求高空间分辨率、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。提出在空间光学遥感器设计的早期设计阶段，应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。在实施阶段，需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件的适应性。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。
光学遥感器 空间环境 环境适应性 热光学 optical remote sensor space environment environment adaptability thermal optics
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
3 长春工业大学 机电工程学院，吉林 长春 130012
4 长春理工大学，吉林 长春 130022
为保证CCD器件处于较小的温度波动范围，针对具有多姿态变化特点的空间相机，进行了CCD焦面组件热控系统的设计。根据具有不同温度膨胀系数的材料遇热变形不同的原理,设计了该热控系统的关键部件－热开关。基于轨道分析计算所得到的地球阴影数据和太阳矢量方向变化的情况，考虑了相机本体的遮挡关系，并结合相机姿态变化的特点，提出了由热开关控制双辐射板散热的方案，对此热控系统进行了具体的热设计。利用TMG软件建立相机的热模型并进行了计算机仿真。结果显示，仅采用被动热控措施的CCD焦面组件温度波动为12.34 ℃，而同时采用主动、被动热控措施后温度波动减小为1.73 ℃，满足热控指标的要求，表明热设计合理、有效。
空间相机 CCD焦面组件 热设计 热开关 space camera CCD focal plane assembly thermal design thermal switch 光学 精密工程
2009, 17(11): 2665
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院,北京 100039
3 暨南大学 理工学院 光电工程系,广东 广州 510632
4 暨南大学 理工学院 环境工程系,广东 广州 510632
在空气背景下使用不同光程石英样品池(1、2、4 mm)采集了55个自然水样近红外光谱(NIRS),并应用逐步多元线性回归(SMLR)和偏最小二乘(PLS)方法对水样的总氮(TN)含量进行回归分析,建立相应的定量分析模型。实验结果表明:样品池为1 mm时,模型的TN分析值与国标法得到的标准值相关性最高,达到0.97,在显著性水平＞0.05的条件下对近红外光谱分析法与国标法的测定结果进行t-检验,二者无显著差异。结果表明,使用近红外光谱分析法不需任何化学试剂,检测时间短,能够实现水样总氮指标的无损快速分析,并且可以为进一步开发研制总氮在线自动监测系统提供参考。
总氮 近红外光谱 无损分析 水质监测 total nitrogen Near Infrared Spectroscopy(NIRS) no- chemical monitoring water monitoring
1 中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033
2 中国科学院,研究生院,北京,100039
提出了空间遥感器温度场的描述方法,建立了某空间遥感器光学镜头的热光学分析模型,计算得到了该空间光学遥感器温度水平和温差要求的热控指标.在对遥感器在轨运行热载荷状态进行假定描述的基础上,用有限元方法进行了温度场及热弹性变形分析,得出假定温度载荷作用下光学遥感器各光学表面的变形量及刚体位移量.利用Zernike多项式进行波前差拟合,得到Zernike多项式系数,代入光学系统,利用CODEV光学计算软件计算热载荷作用下光学镜头的传递函数(MTF).通过迭代,得到光学系统满足传递函数指标＞0.4要求的各温度场临界值,完成了从光学指标到热控指标的转换,避免了热控设计的过设计或设计不足, 可以在设计方案阶段作为遥感器结构的热适应性设计的参考,同时为制定合理的热控设计指标提供数据依据.
空间遥感器 温度适应性 热控 CAE
1 中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033
2 黑龙江科技学院,黑龙江,哈尔滨,150000
3 长春工业大学,吉林,长春,130000
对于采用双层玻璃的光学透镜,在压力的作用下,会引起面形的变化和双折射现象,产生波前畸变,降低成像质量.通过试验和计算机仿真,分析了光学透镜玻璃所受压力和波前差(WFM)之间的关系.对不同厚度下压力引起的波像差进行分析,提出了在保证安全性和可靠性的前提下减小光学元件的厚度以减轻重量的建议.
压力 成像质量 波前差 厚度
1 清华大学精密仪器与机械学系,北京,100084
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春,130022
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.
航天器设计 尺寸稳定性 灵敏度 成像质量 光学遥感器 spacecraft design dimension instability sensitivit
1 哈尔滨工业大学,机电学院,黑龙江,哈尔滨,150001
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130022
空间光学遥感器热控工作旨在保证遥感器所需温度水平和温度梯度,以满足遥感器高质量成像要求.根据遥感器的结构特点和热光学指标要求,建立了遥感器及其热控系统的热平衡方程,对各热交换项进行了剖析,并采用Nevada和MSC/Patran等软件对某空间光学遥感器进行了模拟仿真,得到其对地工况和对日工况的热平衡结果.
光学遥感器 热控系统 温度场 热流
1 深圳大学,光电子学研究所,深圳,518060
2 华南师范大学,量子电子学研究所,广州,510631
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130022
优化设计是改进设计的有效方法,有限元法是解决分析问题的有力工具.简要阐述了空间光学仪器结合有限元法的优化设计方法,并以某空间相机为例详细介绍了系统的结构优化过程,验证了其优化后的性能.
空间相机 有限元法 优化设计
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130022
现代科技和**的发展,对空间光学成像遥感器的分辨力要求不断提高,遥感器在空间环境下的尺寸稳定性显得更加重要.从所经历的空间环境入手,详细分析了遥感器在运载阶段和空间在轨运行阶段经历的动力干扰源及其加载方式和响应情况,空间在轨运行阶段经历的热环境和响应;阐述了遥感器动态成像质量评价方法和热光学分析等问题.指出今后研究的重点和发展方向是空间动力干扰源的定量化和TSO一体化等.
光学遥感器 尺寸稳定性 空间环境 性能评价
1 中国科学院长春光学精密机械研究所计算机辅助设计研究室,长春130022
2 吉林工业大学车辆工程系,长春130025
随着空间科学技术的发展,空间遥感、侦察的能力日益提高,对光学成像系统的分辨率的要求也越来越高。但是这种高分辨率成像系统的成像质量要受到机械振动的影响。可用运动光学传递函数来评价存在机械振动的光学系统的成像特性。本文探讨了计算运动光学传递函数的一种新方法--统计矩法,研究了当光学系统所成的像在二维方向上存在运动时的运动光学传递函数的解析与数值方法。该方法可以计算任何形式的图像运动导致的成像质量的下降,而且可以很方便地应用到一维运动的情况。
图像运动 光学传递函数 统计矩法
