高分辨率空间相机调焦机构设计与分析

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	高分辨率空间相机调焦机构设计与分析
	杜一民
学位类型	硕士
导师	安源
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	硕士
关键词	高分辨率空间相机调焦机构精度分析自锁性试验检测
摘要	空间光学遥感相机是获得地面遥感图像的重要手段之一,被应用于气象、地质勘探、农林、海洋、环境、军事、救灾等领域,有着广阔的市场前景。空间相机在运输、发射或在轨运行的过程中,由于空间环境(如温度、压力等)的变化以及冲击振动等因素的影响,使相机系统中各光学镜面的位置、面形发生变化,各光学元件的折射率发生改变,进而在一定程度上引起光学系统焦平面位置的偏移,导致成像质量的恶化,因此,需设计调焦机构以补偿各种因素所引起的离焦。随着空间光学遥感器的发展,大视场、高分辨率成为其一个重要的发展趋势,对调焦机构的设计也提出了更高的要求。一方面,空间相机的分辨率不断提高、视场不断增大,导致焦平面的尺寸也在不断地增大,调焦机构负载的重量随之变大,因此,调焦机构必须具有更高的刚度以及稳定性。另一方面,空间相机分辨率的提高主要是通过口径的增大及焦距的增长来实现的,这使相机的结构更为复杂,环境的变化会对各光学镜面与机械零件产生的影响更大,同时,离焦对遥感图像质量的影响也更为显著,调焦机构必须具有更大的调焦范围和更高的精度以满足空间相机调焦的需求。综上所述,调焦机构提高了光学遥感器对空间环境的适应性,高分辨率空间相机调焦机构的研制也面临着更为严苛的挑战。本论文在某型号高分辨率空间相机研制的背景下,分析了造成相机离焦的主要因素,结合相机光学系统的特点设计了一套双凸轮调焦机构,并应用Monte Carlo法完成了调焦机构各项误差的分配。运用非线性有限元方法分析了机构在振动、冲击载荷下的自锁性。在调焦机构研制完成后,对其开展了试验检测。论文的主要内容包括:1.调研国内外空间光学遥感器调焦机构的主要结构形式,通过对各种调焦方式进行比较,并结合高分辨率空间相机的实际工程需求,论述了调焦机构设计的必要性。2.阐述了造成相机离焦的主要因素,分析了高分辨率空间相机对调焦机构的具体指标要求。根据相机光学系统的特点以及焦平面的结构,确定了调焦方案、调焦范围和调焦分辨力,详细介绍了调焦机构的电机和编码器的选取、材料的选择以及润滑方式的选用。3.分析了调焦机构中各部件的误差来源,基于调焦机构的运动曲线建立其误差合成模型,利用Monte Carlo方法完成了调焦机构各项误差的分配。4.为了保证在轨条件下调焦机构可以正常工作,运用非线性有限元方法详细分析了在复杂动力学环境下调焦机构的自锁性,并对调焦机构进行了模态、正弦振动和随机振动响应分析。5.对调焦机构的定位精度、全行程焦面晃动量进行检测,完成振动试验,并再次检测机构的精度。结果表明:调焦机构的精度满足指标要求,且振动试验前后定位精度及焦面晃动量变化不大,调焦机构具有良好的自锁性和动态力学性能。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61583
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	杜一民. 高分辨率空间相机调焦机构设计与分析[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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