非均匀温度变化对卡塞格伦式光学系统的影响分析

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1、工学硕士学位论文非均匀温度变化对卡塞格伦式光学系统的影响分析NonUniformTemperatureChangeAnalysisofInfluenceontheCassegrainOpticalSystem刘盛典哈尔滨工业大学2015年06月国内图书分类号：TN929.13学校代码：10213国际图书分类号：621.391.6密级：公开工学硕士学位论文非均匀温度变化对卡塞格伦式光学系统的影响分析硕士研究生：刘盛典导师：周彦平教授申请学位：工学硕士学科：物理电子学所在单位：光电子信息科学与技术答辩日期：2015年06月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN929.13U.D.C:621.391.6DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNONUNIFORMTEMPERATURECHANGEONCASSEGRAINANALYSISOFTHEINFLUENCEOFTHEOPTICALSYSTEMCandidate:LiuShengdianSupervisor:Prof.ZhouYanpingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeri

3、ngSpeciality:PhysicalElectronicsDept.ofOptoelectronicInformationAffiliation:Science&TechnologyDateofDefence:2015.06Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要航天器在工作过程中，由于轨道及工况的不同，航天器各元件的温度变化范围可达零下两百度至零上百余度。在这种区别于地表的空间环境下，光学系统所承受的高低温、负压

4、力及宇宙辐射与地表环境有很大差别，使得光学系统中镜片的厚度、曲率、折射率与面形等发生明显的变化，从而导致系统成像质量随之变化。对于光通信系统，根据光学镜头的工作姿态，太阳光照对光学系统的热辐射多为侧入射状态，这种侧边热辐射将会使光学系统产生非均匀温度变化。对于光通信常见的卡塞格伦式光学系统，主镜与次镜所产生的非均匀温度分布规律是不相同的，而镜片受热发生形变后，将会引起光学系统成像质量发生变化。基于以上原因，课题主要对卡塞格伦式光学系统受侧边热辐射后产生的非均匀温度分布所引起的光学成像变化进行分析，并提出补偿措施。主要完成了

5、以下几个方面的研究工作：调研了目前国内外对光学系统受热分析类文献，根据现有的研究内容与理论成果，分析其实验结论，并根据卫星光通信系统实际情况，提出更适宜针对卫星激光通信的光学热分析理论模型与实验方案。分析了空间外热流环境下不同轨道卫星受热方式的特征与差别，尤其是卫星光通信系统受热情况与卡塞格伦光学系统在不同工况下的受热变化。另外，通过分析卡塞格伦光学系统的结构与性质，将热力学理论与航天器实际情况结合起来。根据卡塞格伦光学系统的支撑结构，分析其在轨运行受热方式的特征与差别。提出了主、次镜的稳态非均匀热分布理论，并根据热应力理

6、论研究主、次镜镜片的热力学形变。通过Pro/Engineer软件建立卡塞格伦光学系统的模型，利用其Pro/Mechanica模块分别对主、次镜片及系统进行非均匀温度分布仿真，整理并分析仿真数据，将镜片热形变数据与ZEMAX软件相结合，得出非均匀温度分布对卡式系统光学参数的影响，并提出规避方案与补偿措施。本文提出了非均匀温度分布对卡塞格伦光学系统的影响，并围绕该点给出了理论模型与仿真实验数据，为今后开展光学系统非均匀温度变化的研究提供了一种新思路，对卫星光通信光学系统的热防护工作具有一定的参考价值。关键词：卡塞格伦光学系统；

7、非均匀温度分布；热力学形变；光学参数I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractDuringtheworkofthespacecraft,thetemperaturerangeofthespacecamerais-200℃to100℃.Duetotheworkingstateofthespacecraftisinnonuniformatmospherictemperature,nonuniformintensityofpressureenvironments,theopticalsystemisdifferenttothe

8、surface,inwhichmakesthecurvatureradiusoftheopticalsystem,thethicknessofthelens,airspace,glassandotherrefractiveindexchanging.Sothentheybringchangesinthe