针对传统反射镜无法消除加工及装配应力, 长期使用后面形精度下降不能满足使用要求的问题, 提出了一种高稳定性空间反射镜支撑结构的解决方案, 进行了具有大容差特性的1.5 m口径高精度空间反射镜工程化研究和创制。依据经验和理论, 完成了初始反射镜组件构型, 反射镜的材料选用RB-SiC, 采用三角形背部半开口反射镜轻量化形式和背部三点膜片型柔性支撑结构。以装配误差0.01 mm的9种工况下反射镜的面形RMS变化量最小为目标, 利用isight软件对反射镜支撑结构的主要尺寸进行了优化设计。最终完成了轻量化率为82.1%, 组件质量为170.23 kg的反射镜的研制。试验结果表明：反射镜在1 g重力作用下, 面形精度RMS优于0.016λ(λ=632.8 nm); 加入0.02 mm强迫位移模拟装配误差, 面形RMS仍然为0.016λ; 在20 ℃±5 ℃温变环境下, 面形RMS变化量在0.002λ范围内; 组件一阶固有频率为101.3 Hz。反射镜组件静态刚度、动态刚度、面形精度以及环境适应性满足空间工程应用要求。

介绍一种可以广泛应用的时间延迟积分(TDI)CCD拼接型焦面的精密定焦技术。首先, 在恒温、隔振条件下将满足拼接精度要求的TDICCD焦面组件粗装至相机相应的设计位置; 然后, 通过数据采集与处理系统获得相机成像的调制传递函数(MTF), 并通过调焦机构进行调焦, 测得每片TDICCD所成像的MTF调焦量曲线, 进而得到每片TDICCD的最佳像面位置; 最后, 根据8片TDICCD各自的最佳像面位置拟合出共同的相机最佳像面, 并依此确定焦面组件外接口的修调量, 完成相机焦面的精密定焦与装调。对定焦精度的分析表明, 定焦误差为9.1 μm, 与焦深的相对误差为4.4%。最终的MTF测试实验表明,8片TDICCD的MTF值比较平均, 符合相机光学镜头的MTF变化规律并且远远高于该相机全视场静态MTF≥0.2的技术指标要求。本文所介绍的大视场TDICCD遥感相机的精密定焦技术可以为同类遥感相机的研制提供借鉴。

针对采用焦平面CCD交错拼接方式的测绘相机会由于存在交会角而产生视场拼接漏缝问题, 本文在考虑交会角和相机无侧摆的前提下提出了一种焦平面CCD重叠像元数算法。首先, 根据测绘相机成像原理建立了前视相机成像模型, 分析了产生视场漏缝的原因。接着, 推导出在CCD数量为奇数和偶数两种不同拼接形式下的地面视场重叠及漏缝大小的数学表达式, 进而得到了不产生漏缝时CCD片间最小重叠像元数计算公式, 并对误差进行了分析。最后, 将该算法应用于工程算例, 并对比了地球曲率对计算结果的影响。通过算例得到了各CCD片间视场漏缝及最小重叠像元数, 其最大值分别为1 141.491 μm, 115个。应用本文方法可以近似计算应用交错拼接法的测绘相机焦平面前后排CCD的最小重叠像元数, 误差小于1 pixel。

在地面模拟了长焦距、宽视场离轴三反光学系统的在轨立体成像, 通过对图像的数据处理和分析, 验证了离轴三反测绘相机在轨立体成像的可行性。提出了长焦距离轴三反测绘相机外场立体成像的单点成像方法。在该方法中, 单台离轴三反相机通过旋转转台对靶标成像, 根据规划的相机交会角旋转靶标, 并精确测量出靶标的旋转角度, 通过靶标的旋转来模拟两线阵相机的相机夹角。在外场立体成像中, 根据轨道高度、外场立体成像的物距及理论设计需达到的高程精度和平面精度设计地面靶标。最后, 对成像方式进行处理, 验证了离轴三反测绘相机立体成像的可行性; 对提出的外方位元素、两相机最佳夹角的测量方法进行了精度分析。该单点成像方法具有实用价值, 可用于长焦距离轴三反测绘相机在轨立体成像的可行性验证。