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《空间环境对光学成像遥感器尺寸稳定性的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第10卷第1期光学精密工程Vol.10No.12002年2月OpticsandPrecisionEngineeringFeb.2002文章编号10042924X(2002)0120106204空间环境对光学成像遥感器尺寸稳定性的影响丁延卫,刘剑,卢锷(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130022)摘要:现代科技和军事的发展,对空间光学成像遥感器的分辨力要求不断提高,遥感器在空间环境下的尺寸稳定性显得更加重要。从所经历的空间环境入手,详细分析了遥感器在运载阶段和空间在轨运行阶段经历的动力干扰源及其加载方式和响应情况,空间在轨运行阶段
2、经历的热环境和响应;阐述了遥感器动态成像质量评价方法和热光学分析等问题。指出今后研究的重点和发展方向是空间动力干扰源的定量化和TSO一体化等。关键词:光学遥感器;尺寸稳定性;空间环境;性能评价中图分类号:TP73文献标识码:A航天器(遥感器)在运载阶段承受的激励可分1引言为瞬态激励和稳态激励两大类。瞬态激励包括:发动机点火和关机、火箭分离时的激励等。稳态光学成像遥感器是航天对地观测的主要有效激励包括:过载环境、声激励、脉动力的激励等。载荷,具有较高的分辨力。其轨道寿命与任务性质空间在轨运行时的动力学环境不同于地面环决定了遥感器必须在严酷的空间环境
3、下具有可靠境,主要是由以下几点造成的:的光学性能。这些严酷的空间环境体现在运载阶1)从重力环境到微重力环境的变化;段和在轨运行阶段的动力学环境以及空间轨道热2)由约束状态到自由状态的变化;环境。遥感器经过运载阶段,进入预定轨道。由于3)热环境的变化:航天器受太阳辐射和不受运载阶段的外部动力干扰,可能使遥感器结构出现太阳辐射时环境温度差别较大,热环境变化剧烈,残余变形甚至遭到破坏。入轨后,遥感器处于空间地面环境下装调的系统将发生变化,而且由于热微重力环境,航天器的姿态变化、遥感器的整体振环境的剧烈变化,还会相应地产生结构的低频振动及其内部各个光学元
4、件的振动,加上所处热环动;境,导致在成像过程中光学系统视轴的漂移、抖动4)动力干扰源的作用:当航天器在空间运行和光学元件发生面形变化,影响成像质量,降低分时,各个子系统都要进行工作,有些航天器子系统辨力。把遥感器光学系统在空间环境作用下相对的工作会形成空间动力干扰源。由于航天器在空位置的变化和产生的面形变化等统称尺寸稳定性间处于自由状态,此时航天器对干扰源的影响非的变化。因此,应该对空间环境下成像遥感器光学常敏感,所以非常微小的激励,便能引起航天器的系统的尺寸稳定性进行详细严谨的分析,以便选择响应。更有效的分析方法,有针对性地改进遥感器的设2.2
5、加载方式计,提高其在空间环境下的光学性能。实践表明,运载阶段遥感器所承受的激励作用方式有:冲击载荷、加速度载荷、低频稳态载荷、2动力学环境及响应随机载荷。冲击载荷量级由试验确定,或按冲击波形加载或按冲击响应谱加载,作用位置为基础2.1振源情况输入,作用方向与光轴方向垂直。加速度载荷量收稿日期:2001203223;修订日期:2001209228第1期丁延卫,等:空间环境对光学成像遥感器尺寸稳定性的影响107级由试验确定,基础输入。低频稳态载荷常以低频正弦扫描形式加载于系统,这种方法假设复杂3空间动力学环境对遥感器成像质系统各阶固有频率之间互相叠加
6、的影响可以忽量影响的评价略,这样就把系统的多自由度简化成一系列的单自由度。随机载荷在工程中常用宽带随机振动载由于动力学干扰会引起遥感器的光学系统整荷等效,具有非确定性振动的统计特性,在任一时体及其各个光学元件在曝光过程中复杂的空间运刻,同时存在着各种可能的频率,振动的幅度也不动,导致图像在像面上的运动,产生像移,从而影能确定。这种载荷可以同时考察系统内部各个部响影像记录的质量。像点的如何运动是影响动态件之间的相互影响程度,即能够同时激励起系统光学系统成像质量的关键。振动过程中像点移动的若干阶频率。的分析方法有光线追迹法、动态光学理论、坐标变产生空
7、间干扰的因素较多,而且大部分都带换法。光线追迹法理论比较成熟,但计算量大,过于繁琐;动态光学理论目前只应用于一些光学元有随机性,难以用明确、简洁的表达式描述,目前件的简单形式的运动造成的像移,对于复杂的振在分析中多采用一些假设性分析。动形式实现复杂;坐标变换法是一种思路比较清2.3动力学环境下遥感器的响应分析晰、运算比较简洁的计算像移的方法,已经成功应遥感器在运载阶段不工作,这一阶段主要考用于光学遥感器像移补偿的计算。察遥感器光学系统的坐标系与航天器的坐标系之把用于像移计算的坐标变换方法深入探讨发间相互关系是否发生变化,遥感器光学元件之间现,可以
8、用该方法计算遥感器和光学元件振动时的位置是否保持正确的装调关系,即主要考察遥的像点在像面上的速度和位移。工程计算中,将感器的支撑结构和遥
