长条形SiC空间反射镜轻量化结构优化设计

在保证空间光学遥感相机反射镜结构刚度、面形精度的同时,最大限度的降低反射镜质量,成为各国新兴的、重要的研究课题。本文从材料、支撑形式、相关几何参数以及轻量化结构形式等方面对反射镜进行详细设计。提出了通过拓扑优化确定反射镜背部轻量化形式的方案。采用有限元分析法对获得的优化结果进行分析。分析结果表明：重力载荷下面形精度达到 λ/10 PV,λ/50 RMS (λ=632.8 nm),PV值 7 nm,RMS值 1.68 nm,反射镜组件一阶固有频率 256 Hz,均优于传统结构形式的反射镜,能够满足应用要求。     

大口径空间相机像质的微振动频率响应计算

由于大口径空间相机对空间环境变化和卫星内部振源引起的微振动十分敏感,本文研究了影响成像质量的微振动频率响应的计算方法,以改善相机的在轨动态成像质量。该方法通过实际光学模型取代线性光学模型,建立微振动光机集成模型,从而计算影响成像质量的微振动频率响应。首先,建立大口径空间相机有限元模型,进行结构频率响应计算,得到采样频率点的光学表面节点位移和相位。然后,通过蒙特卡洛分析方法,建立微振动光机集成模型,以均方根光学系统动态传递函数和视轴漂移衡量大口径空间相机动态成像性能。最后,研制了大口径空间相机力学样机,对其进行了振动试验,验证了有限元模型的正确性。试验结果表明仿真结果与试验结果接近,误差均在5%以内,满足大口径空间相机动态成像质量分析的要求。     

离轴三反宽视场空间相机的辐射定标

离轴三反(TMA)光学系统是目前最先进的空间对地观测相机的光学系统。本文在分析离轴TMA宽视场空间相机成像机理的基础上,针对其光学系统光路和结构的特点,提出了分视场定标和利用特殊开口形状积分球的全视场定标两种方案,并采用两种定标方案分别对离轴TMA宽视场空间相机两个不同阶段的样机进行了实验室辐射定标,定标结果表明两种方案切实可行,满足该相机实验室辐射定标要求。通过对提出的两种实验室辐射定标方案优缺点的分析,得出两种定标方案不同的使用条件,结果显示两种定标方案的定标精度分别为1.68%和1.89%。     

基于人眼视觉灰度识别特性的图像动态范围小波变换处理方法

常用的图像传感器由于电荷耦合器(CCD)和模数转换器(ADC)的限制,动态范围大约只有60dB,与人眼的动态范围(110dB)不符,导致获取的图像丢失部分细节信息。针对这一问题,提出了基于小波变换的图像动态范围扩展技术。通过对同一场景进行多次拍摄,获得不同曝光时间的源图像,对源图像运用多尺度小波变换分解为高频部分和低频部分。将基于人眼的视觉灰度识别特性的方法应用于低频部分的处理中,运用不同的权重值进行处理,尽可能保留图像的背景信息。对高频部分运用局部最大方差准则进行融合,尽量保留图像的边缘特性。将融合后的高频部分和低频部分利用逆小波变换进行重构。试验结果表明,重构后的图像与适度曝光的图像相比,在高亮度区域和低亮度区域的细节信息得到了复原,动态范围得到了显著的扩展。     

氙灯和发光二极管作光源的积分球太阳光谱模拟器

设计了一种由氙灯和发光二极管(LEDs)作光源的积分球太阳光谱模拟器来提高太阳光谱的光谱匹配精度.引进模拟退火算法研究光谱匹配技术,设计了氙灯模块及LEDs模块的结构和控制系统.LEDs采用环带摆放和恒流驱动方式,并通过多机通信系统控制.氙灯模块上安装截止滤光片和程控衰减器,滤光片用来滤去氙灯红外波段的尖峰,衰减器则用来调整氙灯入射到积分球的辐射通量.仿真实验表明:Epitex公司的53种单色LEDs和氙灯完全可以模拟380～1000 nm波段的AM 1.5标准太阳光谱,光谱的平均相对误差为5.67％.分析讨论了该太阳光谱模拟器的光谱失配误差、出光面的辐照非均匀度和辐照不稳定度,三者均可以控制在±3％以内.     

环矩形静压垫结构的等效展开

环矩形结构的静压垫在静压支撑中的应用十分广泛,但在笛卡尔坐标系中计算起来却非常困难.本文在保持结构参数不变的条件下,将笛卡尔坐标系下的环矩形静压垫展开成柱坐标系下的扇形静压垫.详细推导出在合理近似的条件下,展开前后不同结构计算的不可压缩流体的体积流量相等的结果,从而证明了这种展开方式的等效性,为进一步讨论环矩形静压垫的特性提供了方便,有利于环矩形静压垫的设计和应用.     

基于图像采集卡的图像显示与处理软件开发

利用图像采集卡与计算机构成图像处理系统开发了一款软件,用于采集显示CCD相机整机系统输出的图像并计算输出图像调制度,为相机系统的综合像质评价提供依据。充分利用Matrox公司为其图像采集卡提供的二次开发函数库MIL库,在VC++6.0开发环境中调用MIL库函数实现了相机系统输出图像的显示、存储和调制度计算等功能,并对主要程序算法进行优化,提高了软件的性能。实验室测试表明,该软件能实时显示输出图像并进行相应的处理,调制度计算结果准确,软件运行稳定。利用图像采集卡自带的函数库开发图像显示和处理软件,缩短了开发周期,提高了软件运行可靠性。     

星敏感器星点定位系统误差补偿

通过星点定位系统误差频域分析,寻找不同的点扩展函数下星点定位系统误差分布理论表达式形式上的共性。根据光学系统不同视场(FOV)的点扩展函数数据,运用蒙特卡罗法对星点定位系统误差分布进行了仿真,仿真结果与与频域分析结果相符。在实验中测量了弥散斑尺寸为5 pixel×5 pixel的星点目标的星点定位系统误差,采用误差补偿方程组对星点定位系统误差进行了补偿。补偿后中心视场星点定位精度提高了66.56%,边缘视场星点定位精度提高了57.21%,而传统正弦曲线拟合补偿方法仅使定位精度提高35.7%,提出的误差补偿方法效果总体上优于传统正弦拟合补偿方法。     

一种大视场TDICCD相机的多传感器图像配准方法

某大视场TDICCD相机采用多片TDICCD拼接,多通道输出全色和多光谱遥感图像,为了获得良好的融合和拼接效果,本文提出了一种基于双线性插值的空域互相关配准方法。首先,应用双线性插值算法对多光谱各谱段图像进行放大,得到和全色图像相同大小的多光谱图像。然后,采用空域互相关配准方法对多光谱各谱段图像和全色图像进行配准,并对有重叠像元的两通道图像进行拼接。实验结果表明,本文方法快速,抗噪性和鲁棒性较高,使大视场TDICCD相机多通道遥感图像配准取得了良好的效果。     

中心支撑长条形反射镜轻型优化设计

针对轻小卫星相机质量更轻、性能更好的设计要求,对空间某中等口径的长条形反射镜提出一种基于中心支撑形式的轻型优化设计方法。选用背部中心单点支撑形式,不仅从整体上减小了反射镜及其组件的质量,而且大大简化了支撑结构的设计。采用多目标集成优化的方法,提高了反射镜在Z向重力工况下的面形精度。设计了适用于中心支撑的柔性支撑结构,克服了中心支撑刚度低、动态可靠性差的缺点。仿真分析了反射镜及其组件的综合性能,并与背部三点支撑形式进行了比较。结果表明,中心支撑的反射镜质量更轻（3.36 kg）,与实体反射镜相比,轻量化率达到了87%,组件质量也较三点支撑减小了24%;在X、Y、Z三轴方向1 g重力工况下的面形精度RMS值分别达到2.2、2.1、7.5 nm,优于三点支撑形式;4℃均匀温升载荷工况下的面形精度RMS值为2.8 nm,远小于设计要求的RMS 12 nm;反射镜组件的一阶固有频率为135 Hz,重力作用下镜面的最大刚体位移为3.96 m。该设计在极大地减小了反射镜及其组件质量的同时,保证了反射镜的面形精度和组件的动、静态刚度,满足设计要求,为同类型空间反射镜的轻型优化设计提供了一种新思路。