红外地球敏感器地面测试用地球模拟器的研究

摘要

地球模拟器用于红外地球敏感器装星前的性能测试和定标，是装有红外地球敏感器的卫星进行地面测试试验的重要设备。红外地球敏感器地面标定试验精度的高低将直接影响卫星在轨道上的工作精度。本文针对DXX二期小型长寿命红外地球敏感器工程样机地面检测的需要，在准直式地球模拟器方案的基础上采用平移地球热板的方案，研究了一种平移式地球模拟器，解决了地球敏感器装星前的性能测试和标定精度问题。
　　本文介绍了平移式地球模拟器总体结构、组成及基本功能，并对地球模拟器的光学系统、光束平行度偏差和畸变矫正进行详细论述。根据地球敏感器的工作原理，合理地选择了地球模拟器光学系统参数以及二维平移机构参数，利用ZEMAX着重设计了锗准直透镜;利用几何光学原理，采用Mathematica软件计算得出合适的地球光阑位置、地球光阑大小、地球热板位置和大小;通过对光学系统光束平行度偏差和地球张角偏差的分析计算，验证了所设计光学系统的正确性;最后，介绍了地球敏感器和地球模拟器红外光学系统的畸变现象，提出了畸变矫正的方法并进行了系统畸变矫正工作，矫正后得出较理想的地平圆边界，提高了地球模拟器的测试精度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 红外地球敏感器简介

1．3 红外地球模拟器的国内外研究现状

1．4 本文主要研究内容

2 平移式地球模拟器总体设计

2．1 平移式地球模拟器的总体方案

2．1．1 地球模拟器主要技术指标和性能要求

2．1．2 地球模拟器的总体方案

2．2 平移式地球模拟器组成及工作原理

2．2．1 平移等效性分析

2．2．2 平移式地球模拟器的组成及工作原理

2．3 平移式地球模拟器的热辐射系统总体设计

2．3．1 平移式地球模拟器热辐射系统的组成和工作原理

2．3．2 加热元件

2．3．3 温度控制系统

3 平移式地球模拟器的光学系统设计

3．1 地球模拟器理论分析计算

3．1．1 理论计算依据

3．1．2 地球模拟器张角计算

3．2 准直透镜设计方案和参数确定

3．2．1 入瞳和视场的参数确定

3．2．2 透镜材料和折射率确定

3．2．3 透镜初始结构参数选择

3．3 基于ZENAX的光学系统仿真及像质评价

3．4 不同轨道高度地球冷板光阑和热板的位置、大小计算

3．4．1 几何光学计算依据

3．4．2 计算过程

3．4．3 地球光阑位置、大小和地球热板大小的计算结果

3．5 光学系统的设计结果

4 平移式地球模拟器光学系统误差计算

4．1 最佳像面位置出射光束平行度偏差计算

4．2 光学系统误差的影响因素

4．2．1 光学系统像差对光束平行度偏差的影响

4．2．2 焦距对地球张角偏差的影响

4．2．3 光阑半径及安装位置对光学系统误差的影响

4．2．4 锗透镜加工误差对光学系统误差的影响

4．2．5 合成误差

4．3 地球模拟器光学系统设计结果分析

5 地球敏感器和地球模拟器红外光学系统畸变矫正

5．1 光学系统畸变简介

5．2 畸变对地面测试系统的影响

5．3 畸变校正的方法

5．3．1 空间变换

5．3．2 灰度插值

5．4 系统畸变校正实施方案

5．5 畸变校正结果分析

5．5．1 畸变校正精度评价

5．5．2 数字图像畸变校正实际效果对比

结论

致谢

参考文献