空间光学遥感器

摘要： 空间光学遥感器广泛用于天文和对地观测等领域,产品需求多样,个性化特征明显,需要采用高度定制化的模式进行设计和制造,给项目质量管理带来挑战。为提升对客户需求的响应速度,更好更快地交付产品,文章打破传统的瀑布式研发流程,引入精益质量管理方法,提出以企业文化、知识经验、敏捷团队、工具、产品模块化为核心的面向定制化研制的精益质量管理模式,应用于多项遥感器研制任务并取得良好效果。

摘要： 为了满足中国环保、国土、农业、气象、减灾等行业对地表温度遥感高精度监测的需求,近些年来中国长波红外空间光学遥感器空间分辨率从公里尺度提高到十米尺度分辨率,定量化应用的需求也越来越高.高精度的辐射定标是保证红外数据定量化应用的关键,本文通过全链路分析了影响辐射定标精度的因素,结合某型号任务的研制过程的具体实际,分析了主要影响因素的优化方法,包括星上定标方案优化、提高星上定标黑体控温精度和标定精度、提升长波探测器性能、提高长波探测器焦面控温精度等措施提高相机的性能和输出稳定性,并通过该型号真空辐射定标试验对辐射定标精度、系统定标响应情况进行了验证,试验结果绝对辐射定标精度为0.8 K@300 K,达到国内空间分辨率小于100 m的同类长波红外空间光学遥感器的较高水平.本文介绍的长波红外空间光学遥感器性能提升方法可为今后同类遥感器的研制及辐射定标提供参考借鉴,同时提供的定标试验验证结果也可以为同类红外卫星在轨应用提供参考.

摘要： FY-3 D卫星高光谱温室气体监测结构布局紧凑,在较小尺寸空间内布置有8个镜头组件、12台电子设备和3台电机.内热源数量众多,光学镜头控温精度要求高,热控功耗及散热面资源紧张,使热控系统设计难度较大.基于热管理、辐射间接热控、辐射冷却及结构热控协同优化设计等多种思路对监测仪热控系统进行设计,有效解决热控难题.入轨后监测仪历经了多个工况模式切换,在轨温度数据表明,所有工况模式下各部组件温度都满足指标要求,且光学镜头温度稳定度较高,在正常工作模式下,干涉仪关键件最大温度波动在±0.15°C以内,其他光学镜头组件最大温度波动在 ±0.45°C以内,且无论整轨待机模式还是正常工作模式,基于热管理的2组电子设备散热系统都无需消耗热控功耗,实现了多热源复杂机制下高精度控温及节能热设计.

摘要： 针对空间光学遥感器在空间环境地面模拟试验中舱板温度分布不均的问题,运用模块化思想对某型号空间光学遥感器工装的舱板结构开展了优化设计.将舱板按照温度分布进行分块,提出模块化拼装和模块化热控2种设计方案,模块化拼装是对舱板及其表面加热片进行独立分块划分,模块化热控则是将舱板视为整体,仅对其表面的加热片进行分块设计.结果表明:模块化热控的舱板平均温度偏差为0.205 K,低于未模块化设计的0.87 K和模块化拼装的0.30 K,提高了舱板的温度均匀性.同时,模块化拼装改善了舱板温度分布,使得符合热控要求的测点比例由34.8％提高到96.7％,但独立划分的模块之间仍存在一定温差;模块化热控则消除了模块间的温差,将符合热控要求的测点比例进一步提高到100％,完全满足热控要求.

摘要： 针对空间光学遥感器对大口径主反射镜质量轻、面形精度高的要求,设计了一种超轻量化SiC反射镜.首先确定反射镜的轻量化方案,之后采用集成优化方法,在ISight软件平台上集成几何建模、有限元分析和面形拟合等设计流程并自动化运行.反射镜结构参数为优化变量,镜体质量和面形精度RMS值为目标函数.采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)对集成优化模型进行多目标、全局性的优化求解.最后结合制造工艺调整优化结果,得到反射镜的最终设计方案并仿真分析.结果表明,反射镜的质量为11.4 kg,面密度为37 kg/m2,光轴水平工况下面形RMS值为1 nm,一阶自由模态频率为1100 Hz.结果验证了所提出的集成优化方法的有效性.%Considering that the large aperture primary mirror of space optical remote sensor should have light weight and high surface quality,we designed an ultra-lightweight silicon carbide mirror.Firstly,the lightweight structure of the mirror was defined.Then,based on integrated optimization method,ISight software was used for implementing such design processes as geometric modeling,finite element analysis and surface fitting,and automatic operation was realized.The structure parameters of the mirror were all optimization variables,and both the mass and the RMS surface figure error of the mirror were taken as objective functions.The multi-objective,global optimization was achieved by using Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II).Finally,the optimal design was modified considering cast constraints and a verification model was constructed to evaluate the optimal design.The mass of the optimal mirror is 11.4 kg and the surface density is 37 kg/m2.Under the load of gravity vertical to the optical axis,the RMS surface figure error is 1 nm,and the first natural frequency reaches 1100 Hz.The result demonstrates the availability of the proposed approach.

摘要： 遥感技术是空间观测的技术,航天光学遥感器在国家安全保障、气象预报、灾害监测等方面正发挥着巨大的作用。在轨飞行过程中,为了更高质量地完成工作任务,不可避免地要对活动部件进行调节。步进电机具有较高的开环控制精度,控制简单,输出力矩稳定。为了满足精度较高和稳定的力矩,实验提出四相八拍的控制方案,采用FPGA作为步进电机的控制器,设计斩波调整的方案调整电压和硬件电流闭环的方案调整电流,设计驱动板的硬件电路,最后通过软件实现参数测量。系统提高了步进电机控制的精度,改善了力矩的稳定性,为遥感器的活动部件控制提出了新的方案。

摘要： 研究空间光学遥感器集成仿真中将光学、机械、热、控制等学科综合考虑的技术,从系统层面考虑各学科对光学性能指标的影响.综述了目前国外比较先进的光学遥感器集成仿真分析方法,主要包括以JWST为代表的STOP学科软件数据交互法和以NGST为代表的DOCS状态空间法,详细阐述了这些方法的集成方法和建模思路.集成仿真技术的实施开展可以减小产品概念设计和方案阶段论证周期,为总体指标的制定提供可靠依据.集成仿真是空间光学遥感器多学科优化的前提,深度集成和子系统协同仿真是未来的发展趋势.

摘要： 研究了空间光学遥感器的大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化,实验验证和定量分析了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法得到的仿真分析结果的精度.介绍了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法的基本原理,分别用这两种算法对大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化进行了仿真分析.根据误差合成原理,提出了依据翻转前后两个状态的面形检测结果计算镜面面形变化的方法;针对离轴反射镜在面形检测过程中存在离轴量与镜面像散互相补偿的现象,求解了离轴量变化量与镜面像散的关系.试验结果显示:Zernike多项式拟合法的计算精度为74.2％,而球面方程拟合法的计算精度为12.6％;对仿真分析结果的误差评价表明,采用有限元法得到的仿真分析结果的理论精度值为10％左右,与球面方程拟合方法的计算精度12.6％基本吻合.研究表明,由于Zernike多项式拟合法自身的局限性,不适合对长条形反射镜面形变化进行拟合,而球面方程拟合法的计算精度能够满足工程要求.

摘要： 考虑空间卫星平台微振动环境对高分辨率空间光学遥感器成像质量的制约,提出了在地面测试光学遥感器耐受空间微振动环境裕度的六自由度激振平台的设计方案.建立了平台的运动学与动力学模型,推导出促动器音圈电机的传递函数并建立了Simulink模型.基于设计的模型研制了六自由度平台.对振动平台样机进行了振动加速度控制精度的验证实验,实验以典型的卫星平台微振动频率点为测试输入.实验结果表明平台振动频率为7～40 Hz时,其加速度输出相对误差可控制在7％以内.该平台借鉴了Stewart平台的并联构型,其结构简单、刚度大,振源输出精确可控,满足地面试验应用要求.

摘要： 空间光学遥感器应用六自由度并联机构作为主、次镜相对位置和姿态的调整机构.六自由度并联机构在在轨应用和地面调试两个阶段受力务件不同,重力发生很大改变.为了减少重力因素的影响和提高控制精度,利用虚功原理建立了六自由度并联机构的重力模型,并设计了基于重力方程的重力补偿器.最后利用MATLAB搭建了六自由度并联机构仿真平台,并验证了分散控制中重力补偿器的有效性.这解决了系统在轨应用和地面调试阶段控制性能的一致性问题.

摘要： 为保证空间光学遥感器在轨成像质量,一些高分辨率遥感器需要安装隔振器衰减卫星平台传递到遥感器的扰振,由于隔振器连接刚度低,需要使用压紧释放装置保证发射阶段光学遥感器与卫星平台的刚性连接,入轨后装置释放,隔振器发挥作用.由于空间光学遥感器对于污染和冲击要求严格,传统的火工品解锁装置使用受到了限制,国内某卫星光学遥感器首次使用了利用记忆合金作为解锁元件的压紧释放装置,低冲击、无污染,该卫星已于2014年底成功发射,入轨后光学遥感器工作正常,装置锁定性能得到了验证.本文对装置方案进行了介绍,对加热棒、记忆合金等关键零部件的试验验证情况进行了汇总,为后续同类型压紧释放装置在型号中的使用提供了一定的参考.

摘要： 大焦面调焦控制电路是高分辨率大宽幅空间光学遥感器的一项关键设计技术,而传统的焦面调焦控制电路无法满足现有的设计需求.本文提出了一种大宽幅空间光学遥感器的全新调焦控制电路的设计.该调焦电路具有电路设计简洁、电路板体积小、调焦精度高和调焦驱动功率大等优点,对大宽幅光学遥感器的研制有重要意义.

摘要： 本文介绍了该技术在国内外空间光学遥感器上的应用现状,总结了约束阻尼层的设计方法和思路,在理论分析中，将反射镜组件和相机其余部分抽象为两个串联的单自由度振动系统模型，推导出反射镜组件的阻尼能够对系统二阶固有频率附近的振动起到抑制作用。在仿真分析中，以一个背部三点支撑的圆形反射镜组件为研究对象，使用的阻尼材料为阻尼橡胶，模量为5MPa，阻尼系数1.1，添加在支撑杆的柔性槽内，相机机身部分采用集中质量点简化，该质心点和反射镜组件之间通过MPC单元连接，相机整机弹性地安装在卫星平台安装面上，安装刚度和阻尼采用弹簧一阻尼单元模拟。对该模型的动力学仿真分析显示，支撑结构加入阻尼后，系统在二阶固有频率处的振动峰值衰减了约6dB，振幅衰减了50%，而应力在一、二阶固有频率处的衰减分别达到28%和60%，验证了理论分析的正确性。

摘要： 外景成像实验是空间光学遥感器系统测试的一个重要环节,可以更真实更直观地表现成像效果.本文从实验方案、实验效果、实验的影响因素等三个方面详细论述了空间光学遥感器地面外景成像实验情况:首先介绍了两种不同的成像实现方案;其次在实验中测试并对比两种方案的实际成像效果;根据多种条件下的实验成像测试结果,详细分析了决定外景成像效果的主要因素.

摘要： 大口径离轴非球面反射镜是高分辨率、大视场空间光学遥感器的核心元件,在空间光学遥感领域应用非常广泛.本文针对空间大口径离轴非球面的技术特点,开展了轻型大口径离轴非球面反射镜的全链路数字化加工技术研究.选取典型离轴非球面样件进行加工指标的优化分配和工艺验证,首先应用超声精密铣磨技术直接铣磨成型离轴高次非球面,成型精度达5μm RMS;然后,用智能机械手数控研抛技术进行快速研磨和快速抛光至面形精度约30nm RMS,最后采用离子束纳米修形技术对其进行精抛光,最终面形精度RMS值优于12nm.

摘要： 空间轻量化主镜组件在温度变化、装配误差、重力和振动等作用下,面形精度会有明显退化.轻量化主镜的面形误差大小将直接影响光学系统的成像质量,基频反映结构抗振动和冲击的能力.本文结合传统轻量化方式与拓扑优化方法,提出了一种主镜轻量化多目标优化设计方法.首先对主镜进行传统的轻量化设计,再以温度、装配误差和重力工况下的主镜组件的面形误差RMS和基频为优化目标,体积或质量为设计约束,利用拓扑优化方法进行轻量化设计.通过对拓扑优化结果进行结构解析,并考虑各种加工工艺约束,得到主镜的轻量化结构.最后,利用有限元分析软件ANSYS计算优化后的轻量化主镜在各工况下的变形,MATLAB统计相应工况下的面形误差RMS:温度变化4°C工况,镜面的均方根误差RMS达到2.19nm,0.1mm装配误差工况镜面RMS达到3.81nm,光轴水平1g重力工况镜面RMS达到3.23nm,主镜组件基频达到126.4Hz,主镜轻量化率达到81.2％.同时,采用主镜和柔性支撑的一体化设计,降低了设计风险,缩短了设计周期.得到的结果验证了本文方法的有效性.

摘要： 空间光学遥感器是各类航天器中对热控精度要求最高的有效载荷之一.分析了空间光学遥感器采取精密热控设计的必要性;总结了光学遥感器的一体化设计理念;详细阐述了遥感器精密热控设计的两类关键技术:光机主体精密控温技术和大热量/高热流密度散热技术,从AMS-02探测器的热控系统设计及验证情况不难看出，MPrL技术具有卓越的控温和管线适应能力。在未来超大型空间光学遥感器的大规模焦平面、乃至主光学结构的精密热控设计中，该项技术都拥有巨大的应用潜力。同时，基于机械泵对流体回路压力、流量的强大调节能力，MPTL技术在解决千瓦级以上激光探测载荷、激光武器散热方面同样具有很好的应用前景。

摘要： 高性能的长波红外窄带滤光片是空间相机及扫描仪等有效载荷的关键部件.利用多半波结构加局部优化的方法设计中波红外窄带带通滤光片,同时基片反面镀制长波通膜层用以截止前面的光谱,设计光谱8.05-8.35um透射率大于90％,小于7.95um和8.45um～14um截止深度小于0.5％.采用等离子体辅助电阻蒸发沉积工艺制备了滤光片.测试结果表明,在透射波段范围上的平均透射率为83.2％,截止波段截止波段＜7.95 um的平均透射率为0.31％,8.45～14.00um平均透射率为0.11％.多半波结构加局部优化的方法对于制备长波红外窄带带通滤光片具有膜系结构简单,便于工艺实现.

摘要： 高性能的长波红外窄带滤光片是空间相机及扫描仪等有效载荷的关键部件.利用多半波结构加局部优化的方法设计中波红外窄带带通滤光片,同时基片反面镀制长波通膜层用以截止前面的光谱,设计光谱8.05-8.35um透射率大于90％,小于7.95um和8.45um～14um截止深度小于0.5％.采用等离子体辅助电阻蒸发沉积工艺制备了滤光片.测试结果表明,在透射波段范围上的平均透射率为83.2％,截止波段截止波段＜7.95 um的平均透射率为0.31％,8.45～14.00um平均透射率为0.11％.多半波结构加局部优化的方法对于制备长波红外窄带带通滤光片具有膜系结构简单,便于工艺实现.

摘要： 本发明公开了一种空间光学遥感器三维通用全角度光学测量平台，包括有稳定平台、升降台、平移台、方位圆导轨、俯仰转臂、滚转导轨、光源移动平台和探测器移动平台；稳定平台上安装有升降台和环绕升降台的方位圆导轨，升降台上安装有平移台，平移台包括叠放的X向和Y向平移台，方位圆导轨上对称滑动安装一对俯仰转臂，两俯仰转臂上架设有滚转导轨，滚转导轨为半圆形结构，滚转导轨上滑动安装有光源移动平台和探测器移动平台；在测量、装调、定标过程中，被测仪器置于平移台上，通过自动控制系统和执行机构实现被测仪器的位置三维坐标、光源的入射方位角与天顶角、探测器的接收方位角与天顶角七个变量的独立变化。本发明功能易于扩展，实用性高。

摘要： 空间光学遥感器三反同轴光学系统视场外杂散光检测方法，属于航天光学遥感技术领域。本发明方法采用积分球模拟光源，利用平移及转动积分球模拟光学遥感器视场内外的光源变化，在不同光源影响下利用空间光学遥感器进行成像。通过测试光学遥感器的响应输出情况，确定视场外光源的影响范围，从而检验杂散光抑制措施的有效性及正确性，确保空间光学遥感器在轨成像质量。

摘要： 一种空间光学遥感器空间桁架结构精密装调用六维调整架属于大型空间光学遥感器地面装调领域，目的在于解决现有技术存在的空间桁架装调难度大的问题。本发明的一种空间光学遥感器空间桁架结构精密装调用六维调整架包括：焊接主框架；安装在焊接主框架上部一个边中间位置的三维调整模块，所述三维调整模块包括一个x向平移机构、一个y向平移机构和一个z向平移机构；安装在焊接主框架上部两侧对称设置的二维调整模块和一维调整模块，所述二维调整模块包括一个y向平移机构和一个z向平移机构；所述一维调整模块包括一个z向平移机构；所述三维调整模块、二维调整模块和一维调整模块中的转接座上与z向平移机构同轴设置有压紧机构。

摘要： 一种空间光学遥感器次镜在轨调整方法，包括以下步骤：待空间光学遥感器发射至轨道后，检测空间光学遥感器的成像结果；分析成像结果，得出空间光学遥感器的波像差；判断空间光学遥感器的波像差是否满足需求；若否，在将空间光学遥感器的波像差进行光学解算后，根据光学解算的结果进行次镜的位置和姿态的在轨调整，直至空间光学遥感器的波像差满足需求；若是，则次镜的位置和姿态调整结束。上述空间光学遥感器次镜在轨调整方法，分析空间光学遥感器的成像结果后，进行次镜的位置和姿态的在轨调整，可以有效补偿光学系统中各光学元件的位姿误差，可以有效改善大口径长焦距离轴三反光学系统的在轨成像性能。此外，还提供一种空间光学遥感器。

摘要： 本发明提供了基于空间光学遥感器热光学试验用光学窗口，涉及空间光学遥感器真空热试验领域，包括：窗口框体；所述窗口框体的左侧外端面上连接安装有夹紧块；所述窗口框体的右侧连接安装有圆杆；所述窗口框体的正后侧横向安装有主长杆；所述窗口框体的后侧倾斜安装有动力杆；所述主长杆和动力杆的外侧端面上分别环套安装有限位环；所述窗口框体包括有温度传感器、凸出杆、固定块和窗口玻璃，所述窗口框体为圆形镂空框架结构。本发明通过固定块、夹紧块和扭紧杆的安装实现了对窗口框体内侧的窗口玻璃的固定，并且在旋转试验的时候也能有效防止旋转的结构晃动，从而实现试验的正常有序操作。

摘要： 空间光学遥感器热光学试验用光学窗口属于空间光学遥感器真空热试验领域，包括：基础法兰、壳体、内压板、外压板、内窗口玻璃、外窗口玻璃、温度测控系统、电加热膜、温度传感器、抽气座、压力表。本发明能够按照不同试验温度设定光学窗口的温度，使光学窗口保持在理想的温度范围内，有效降低温度波动对检测的影响；能够按照需求随时改变窗口玻璃内外的压差，最大限度地降低由于气压不同造成的窗口玻璃变形；加热装置采用电加热膜，框架材料导热率高，温度均匀性好；采用自动温度控制系统，使用前设置好目标温度后，控制过程不用人参与，实现了自动调温的功能。

摘要： 本发明公开了一种应用于空间光学遥感器的光学拼接焦平面组件，属于空间光学遥感器技术领域，本发明设置有结构框体、承载有探测器组件并装设在所述结构框体内部的拼接组件主体；所述拼接组件主体具有拼接基板、设置在所述拼接基板一侧的拼接反射镜组件、以及设置在所述拼接基板另一侧的电路板组件和所述探测器组件；其中，所述拼接基板位于所述拼接反射镜组件侧部还装设有基准棱镜，本发明通过拼接反射镜组件进行光线分光，结构简单、加工容易，不存在色差，系统传函高、成像质量好、光学设计难度低，便于轻量化设计、以及将成像单元、下位机组件、调焦接口集成于一体，有效提高了系统的功能密度的有益效果。

摘要： 本发明公开了一种空间光学遥感器三维通用全角度光学测量平台，包括：第一调节组件，所述第一调节组件包括安装柱和底座以及固定柱和锁定部件，所述固定柱的一端与所述底座固定连接，所述安装柱中部开设有安装孔，且所述安装柱通过所述安装孔可转动的套接于所述固定柱上，所述安装柱与所述安装孔同轴设置，所述锁定部件可锁定所述安装柱与固定柱的相对位置，以使所述安装柱不可绕所述固定柱旋转；第二调节组件，所述第二调节组件包括半圆形的弧形杆，所述弧形杆的两端分别与所述安装柱的两端连接。安装块可调节至该球面的任意位置，当安装块处于该球面的不同位置时，光学遥感器则对应一个不同的朝向，从而该空间内可360度的调节光学遥感器的朝向。

摘要： 本发明公开了一种空间光学遥感器三维通用全角度光学测量平台，包括有稳定平台、升降台、平移台、方位圆导轨、俯仰转臂、滚转导轨、光源移动平台和探测器移动平台；稳定平台上安装有升降台和环绕升降台的方位圆导轨，升降台上安装有平移台，平移台包括叠放的X向和Y向平移台，方位圆导轨上对称滑动安装一对俯仰转臂，两俯仰转臂上架设有滚转导轨，滚转导轨为半圆形结构，滚转导轨上滑动安装有光源移动平台和探测器移动平台；在测量、装调、定标过程中，被测仪器置于平移台上，通过自动控制系统和执行机构实现被测仪器的位置三维坐标、光源的入射方位角与天顶角、探测器的接收方位角与天顶角七个变量的独立变化。本发明功能易于扩展，实用性高。

摘要： 空间光学遥感器三反同轴光学系统视场外杂散光检测方法，属于航天光学遥感技术领域。本发明方法采用积分球模拟光源，利用平移及转动积分球模拟光学遥感器视场内外的光源变化，在不同光源影响下利用空间光学遥感器进行成像。通过测试光学遥感器的响应输出情况，确定视场外光源的影响范围，从而检验杂散光抑制措施的有效性及正确性，确保空间光学遥感器在轨成像质量。