空间相机像移补偿系统中快速反射镜机构的设计与研究

doi:E5FC0A41DABFA463F14C673B15A3CA24

	空间相机像移补偿系统中快速反射镜机构的设计与研究
	汪奎
学位类型	硕士
导师	辛宏伟
	2019-06-01
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)
关键词	快速反射镜像移补偿轻量化设计参数优化柔性支撑
摘要	空间遥感技术作为一种信息获取的重要手段,被广泛应用于气象观测、地图测绘、资源考察和军事侦察等各个领域。而近地轨道空间相机高分辨率、高效率、高可靠性的特点使其成为了空间遥感技术的研究重点。然而,空间相机成像期间卫星平台相对于地面的高速运动、扫描镜扫描及地球自转等因素引起的像移会严重降低图像的分辨率,所以必须配备相应的像移补偿系统。本课题对近地轨道空间相机像移补偿系统中的快速反射镜机构进行了设计与研究。首先,分析了空间相机扫描成像的工作方式,建立了典型结构空间相机的成像坐标系,利用齐次坐标变换法建立了像移的数学模型,并推导了相应的快速反射镜两轴补偿角随曝光历时t变化的函数,为结构设计过程中快速反射镜技术指标的提出提供了依据。列举了快速反射镜的整机性能指标和主要组成结构,分析了各组件的参数对整机性能的影响,结合空间相机快速反射镜的工作条件,明确了结构设计思路。分别利用理论分析和拓扑优化的方法设计了反射镜及镜架的轻量化结构,利用有限元软件MSC.Patran对比分析了侧面支撑和背部中心支撑这两种反射镜支撑方案,分析结果表明,采用背部中心支撑方案更有利于反射镜的高精度、轻量化设计。基于背部中心支撑方案,定义性能指数QI对反射镜的主要结构参数进行了多目标优化,通过有限元仿真分析了QI随反射镜主要结构参数的变化趋势,结果表明,在影响反射镜质量和镜面RMS的各结构参数中,加强筋高度和镶嵌体壁厚对综合性能的贡献最大,优化方案下反射镜的总体轻量化率为44.1%,-8°C温度载荷作用下的镜面RMS变化值仅为2.2 nm。基于十字型柔性铰链设计了快速反射镜的两轴柔性环节,理论推导了柔性铰链和柔性支撑结构的转动刚度计算公式,根据结构的转动惯量和快速反射镜机构的谐振频率要求,拟定了十字型柔性铰链的主要结构参数。确定了音圈电机的排布方式,建立了快速反射镜的简化动力学模型和相应的动力学平衡方程,并根据快速反射镜的补偿角函数选取了音圈电机的型号。介绍了位置灵敏探测器的工作原理,设计了基于二维位置灵敏探测器的摆角测量机构,并推导了测量电压与反射镜摆角的函数关系。基于有限元仿真对快速反射镜机构进行了模态分析,结果表明,结构的谐振频率满足设计要求,并最终确定了快速反射镜的总体结构方案。加工了快速反射镜机构的实验样机,检测了机构的两轴转动刚度、镜面面形精度以及谐振频率等机械性能,实验结果与理论计算的结果在允许的误差范围内具有一致性。
页数	86
DOI	E5FC0A41DABFA463F14C673B15A3CA24
语种	中文
引用统计
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63951
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	汪奎. 空间相机像移补偿系统中快速反射镜机构的设计与研究[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),2019.

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