空間光學遙感器光機系統(tǒng)結構設計若干關鍵技術的研究.pdf

1、光機系統(tǒng)的結構設計在空間光學遙感器研制流程中占有極其重要的地位。光機系統(tǒng)結構是遙感器各分系統(tǒng)的承載平臺，是光學系統(tǒng)實現(xiàn)功能的重要保證，其設計的優(yōu)劣直接決定了遙感器的工作性能和使用壽命。隨著CAD/CAE理論及軟件技術的逐漸成熟與計算能力的日異強大，某些卓有成效的設計理念及方法已被應用于光學遙感器的結構設計領域，但由于遙感器設計工作的保密性很強，各種新理論、新技術無法被研究人員共享，這使得我國與其他技術先進國家之間的差距很難在短期內迅速縮

2、小。
　　本文結合某型空間光學遙感器的研制任務，針對光學遙感器光機系統(tǒng)結構設計的若干關鍵技術環(huán)節(jié)進行了深入的研究。
　　首先對遙感器光學系統(tǒng)波前誤差構成進行了分析，選擇波前誤差作為光學系統(tǒng)成像質量的衡量指標，認為系統(tǒng)總波前誤差可由光學設計誤差、光學元件面形誤差導致的波前誤差以及位置誤差導致的波前誤差三者基本遵循RSS原則合成。分析了某遙感器各光學元件位置誤差疊加后對系統(tǒng)波前誤差的影響，證明優(yōu)化各位置誤差的方向關系可以有效降低

3、系統(tǒng)的波前誤差。
　　選擇合理的結構性能評判標準，是對空間光學遙感器光機系統(tǒng)結構開展優(yōu)化設計工作的首要任務，本文以結構穩(wěn)定性來評價遙感器光機系統(tǒng)結構在空間環(huán)境中的性能表現(xiàn)。根據(jù)針對載荷的不同，結構穩(wěn)定性包括力學穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性。熱載荷是導致光學系統(tǒng)結構變形的主要因素之一，且由于空間熱環(huán)境和遙感器熱控手段的不確定性，熱載荷所導致的結構誤差以及光學系統(tǒng)波前誤差往往無法預知，因此必須在結構設計時提高光機結構的熱穩(wěn)定性。
　　傳統(tǒng)的

4、遙感器光機系統(tǒng)結構優(yōu)化設計方法是以重量最小化為目標，力學性能為約束的常規(guī)單目標優(yōu)化設計，存在重大的缺陷。本文對結構設計與熱設計的流程與相互影響關系進行了研究，提出以結構熱穩(wěn)定性和輕量化作為結構優(yōu)化設計的目標；對熱穩(wěn)定性的評價方法進行研究，提出熱穩(wěn)定性可借助于整個光機系統(tǒng)及其每個光學元件在保證成像質量的前提下所能承受的最大熱載荷來衡量；定義了光學元件的熱致面形誤差比例系數(shù)和系統(tǒng)整體的熱致位置誤差比例系數(shù)作為優(yōu)化設計的目標函數(shù)，以光機系統(tǒng)結

5、構形狀與尺寸參數(shù)以及光機系統(tǒng)的公差分配作為設計變量，以結構的強度、動態(tài)剛度以及系統(tǒng)總波前誤差作為約束條件，建立了遙感器光機系統(tǒng)熱穩(wěn)定性優(yōu)化的數(shù)學模型。
　　針對經(jīng)典優(yōu)化模型中存在的多目標性和約束條件的不確定性，提出了應用模糊優(yōu)化的原理與方法對熱穩(wěn)定性優(yōu)化問題進行求解。研究了熱穩(wěn)定性模糊優(yōu)化問題的最優(yōu)約束水平解法，提出了目標與約束函數(shù)的模糊滿意或滿足區(qū)間與隸屬函數(shù)的構建方法，提出了確定最優(yōu)水平截集時模糊判決的選擇標準。
　　結

6、合某型空間光學遙感器光機系統(tǒng)結構設計任務，論述了遙感器光機系統(tǒng)的總體構型、主鏡組件以及次鏡支撐組件的設計原則與方法；分析了某型空間光學遙感器主鏡及次鏡支撐組件在重力、熱載荷作用下的變形規(guī)律；選擇主鏡對溫度水平變化、徑向溫度梯度、周向溫度梯度以及次鏡支撐組件對周向溫度梯度的承受能力作為該遙感器光機系統(tǒng)結構熱穩(wěn)定性的衡量標準，運用了最優(yōu)約束水平解法對該遙感器光機系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性模糊優(yōu)化問題進行了求解，得到了熱穩(wěn)定性高，重量較輕的結構。