红外与激光工程
2022, 51(10): 20220303
北京空间机电研究所 先进光学遥感技术北京市重点实验室,北京 100094
低轨道卫星热环境复杂恶劣,对遥感相机光机结构的热性能提出了严格要求。本文提出了一 种基于在轨温度场的光、机、热一体化仿真分析方法,以某低轨道卫星相机为例,分别采用Thermal Desktop、 MSC Patran/Nastran、 Code V 构建热分析模型、结构有限元分析模型、光学分析模型,分 析得出了相机单次成像时间内最极端工况下各反射镜的平移、倾斜及镜间距变化量等结构变形特性, 计算了光学系统 MTF 的变化,并剖析了系统传函的主要影响因素。然后从主承力结构的结构参数 出发进行了优化设计,优化结果表明主承力结构线胀系数在(5?5.5)X10「6时系统热特性最优,系统 传函满足指标要求。
低轨道 光机结构 无热化设计 光机热一体化分析 low-orbit, optical-mechanical structure, athermal MTF
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 中国科学院大学,北京 100049
提高光机结构的温度适应性对空间相机降低热控难度、提升系统稳定性具有重要意义。根据统一材料结构可以消除系统热差的原理,选用铝合金材料对某可见光波段空间相机的光机结构进行了设计,并完成了实际工况下的工程分析,达到了在 20℃±15℃均匀温度变化与不同方向重力耦合状态下,像质均满足 MTF(modulation transfer function)在 71.4 lp/mm处大于 0.3的成像指标。采取常用的不同材料搭配方案进行对比分析,相同工况的全铝结构稳定性远优于不同材料方案,验证了统一材料的光机结构在温度适应性方面的优势。
空间相机 光机结构设计 温度适应性 全铝结构 光机集成分析 space camera, optical machine structure design, te
1 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所,南京 210042
2 中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所),南京 210042
3 中国科学院大学,北京 100049
以K镜消旋系统为例,针对光机结构中多误差源耦合和误差分配的问题,采用蒙特卡洛算法进行误差分解,并提出了类粒子群优化算法,对误差源进行智能误差分配,以指导工程化的加工公差分配和结构优化极限。首先,对一套悬臂式K镜消旋系统的光机结构引起的消旋指向精度进行误差来源分析;然后,通过蒙特卡洛算法结合粒子群优化方法对误差源进行智能分配,指导K镜关键零部件的优化设计和公差分配;最后,分别利用光机耦合仿真分析法和实验装调法对设计的K镜消旋系统进行消旋指向精度分析。结果显示,仿真分析获得消旋指向精度为,实验装调最优消旋指向精度为,验证了光机结构设计方案及其误差分配方案的可行性。
误差分配 光机结构 消旋系统 耦合分析 蒙特卡洛 类粒子群优化 K镜 Error allocation Optical-mechanical structure Racemization system Coupling analysis Monate Carlo Particle swarm optimization K-mirror
中国电子科技集团公司光电研究院, 天津 300308
针对激光系统, 研究了一种新型激光扩束系统, 新型扩束系统采用离轴反射式光学系统。扩束设备精度和稳定性要求高, 通过材料的选择、光机结构设计、刚性设计和仿真分析计算, 保证系统精度不超过0.02 mm。扩束设备需要多轴调试, 设计多自由度调节机构, 可以实现三个轴的旋转和三个轴的平移。结果表明, 系统结构设计合理, 满足指标要求。
光机结构 高精度 多自由度 刚性分析 热分析 opto-mechanical structure high precision multi-degree of freedom rigidity analysis thermal analysis
1 上海航天控制技术研究所 光学导航与探测事业部, 上海 201109
2 上海航天控制技术研究所 飞行控制技术部, 上海 201109
为了满足OLED屏疵病检测的成像需求, 设计了一种高解析度线阵扫描镜头。光学系统基于双高斯对称结构, 镜头焦距f′=116mm、放大倍率β=-0.5×、物方数值孔径NA=0.038、物方线视场2y=120mm。利用光学设计软件Zemax仿真可得镜头的调制传递函数MTF在奈奎斯特频率120lp/mm时能达到0.2以上, 接近衍射极限; 各视场点列图基本都在艾里斑之内, 均方根半径较小; 利用双高斯的对称特性降低畸变, 相对畸变q<0.5%。针对景深和曝光量可调的成像需求, 即F#的切换需求, 以及光学元件的尺寸排布, 给出了光阑孔径可变的镜头光机结构设计。最终利用MTF测试仪对镜头的成像质量进行检测, 实验结果表明此镜头能够满足OLED屏疵病检测功能的工业成像需求。
光学设计 扫描镜头 双高斯 光机结构设计 optical design scanning len double gauss opto-mechanical design
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031;中国科学技术大学研究生院 科学岛分院,安徽 合肥 230026;先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037;皖西学院 机械与车辆工程学院,安徽 六安 237012
2 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031;中国科学技术大学研究生院 科学岛分院,安徽 合肥 230026;先进激光技术安徽省实验室,安徽 合肥 230037
气溶胶辐射强迫效应主要通过气溶胶与辐射相互作用(aerosol-radiation interaction, ARI)和气溶胶与云相互作用(aerosol-cloud interaction, ACI)两种途径来影响地球辐射收支平衡,联合国气候变化政府间专家委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在第五次报告指出,气溶胶与云的相互作用是最主要的不确定性辐射强迫因子之一。在云–气溶胶全球探测领域中,星载云–气溶胶遥感雷达的探测能力与发展方向对研究者们研究全球云–气溶胶分布特点越来越重要。首先对星载云–气溶胶遥感雷达技术的应用现状进行了分析,并针对典型星载云–气溶胶激光雷达(激光雷达空间技术实验LITE、正交偏振云–气溶胶激光雷达CALIPSO、云–气溶胶传输系统CATS、大气激光雷达ATLID)的探测任务、光机系统参数、结构及材料等技术特点进行了详细的分析研究;其次从工作机制、光机系统结构、应用材料和探测能力等方面对各星载云–气溶胶激光雷达系统特点进行了对比,提出星载云–气溶胶激光雷达光机系统结构设计特点与方法;最后分析了当前星载云–气溶胶激光雷达系统技术特点及发展方向,为我国发展星载云–气溶胶激光雷达提供技术方向及发展建议。
地球辐射 星载云–气溶胶激光雷达 遥感技术 光机结构 Earth’s radiation space-borne lidar for cloud-aerosol remote sensing technology opto-mechanical structure 红外与激光工程
2020, 49(8): 20190501