空间红外遥感相机制冷机微振动对MTF影响分析.pdf

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1、第36卷第3期航天返回与遥感2015年6月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING61空间红外遥感相机制冷机微振动对MTF影响分析1,22222王跃王博刘世平李世其熊琦（1北京空间机电研究所，北京100094）（2华中科技大学机械学院，武汉430074)摘要空间红外遥感相机内部活动部件微振动载荷会引起相机光学元件产生刚体位移和面形变化，从而影响相机的在轨光学成像品质。文章基于某空间红外遥感相机内部扰振源的测试结果，建立了适用于微振动分析的相机精细有限元模型，经分析计算，确定了基于Zernike多项式曲面拟合和调制传递函数（MTF）分析的方法和流程；最后结合

2、某空间红外遥感相机进行MTF影响分析，结果显示制冷机微振动对该相机MTF影响在工程可接受的范围内。关键词红外遥感制冷机微振动泽尼克多项式调制传递函数空间相机中图分类号:V47文献标志码:A文章编号:1009-8518(2015)03-0061-08DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2015.03.009AnalysisofEffectofCryocooler’sMicroVibrationonMTFforSpaceInfraredRemoteSensingCamera1,22222WANGYueWANGBoLIUShipingLIShiqiXIONGQi（

3、1BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China）（2HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China）AbstractMicrovibrationwhichcomesfrommovingpartsintheinfraredcameracausesopticalsurfacerigid-bodymotionandaberrationwhenthecameraisworkingonorbit.Thesemayinfluenceimag

4、equalityofthecamera.Thispaper,basedonthetestresultofaspacecamera’svibrationsource,buildsapreciseFEMformicrovibrationanalysis,calculatesandconfirmsamethodandprocessofMTFanalysisbasedonZernikepolynomialssurfacefitting.Finally,aspaceremotesensingcameraistakenasanexampletoanalysetheeffectonMTF,an

5、dtheconclusionisgiventhattheeffectofMTFcausedbymicrovibrationofacryocooleriswithinacceptablerangeofengineering.Keywordsinfraredremotesensing;cryocooler;microvibration;Zernikepolynomials;modulationtransferfunction;spacecamera0引言空间遥感相机光学系统中的光学元件在微振动载荷的作用下会产生刚体位移和表面变形，光学元件刚体位移会导致光学系统产生慧差、像散和离焦，表

6、面变形将影响光学系统的波前差。光轴偏转会导致[1]像移引起成像模糊，这些都会影响相机的成像品质。空间红外遥感相机内部主要扰动源是为红外焦面探测器提供低温保障的制冷机。对于工作在红外波收稿日期：2014-12-3162航天返回与遥感2015年第36卷段的遥感相机，红外焦面需要在低温环境下工作，以降低焦面探测器的热噪声，提高灵敏度。目前国内外通常采用低温制冷机冷却红外焦平面，以保证其在低温范围内正常工作。制冷机工作时由于活塞等运动部件动量不平衡、高压气体压力波动等产生干扰力，影响光学系统的分辨率和指向精度等。理想的镜面是光滑的，而有限元方法得到的是离散的数据，将离散数据拟合成光滑连续

7、曲面需要采用合适的拟合方法。Zernike多项式作为曲面拟合的常用方法，以其特有的优点使其成为结构分析和光学[2]分析之间的桥梁。相机在正常工作条件下，受到来自相机内部以及卫星平台活动部件微振动载荷的扰动。由于主镜、次镜尺寸较大，结构刚性相对较小，产生的刚体位移和面形变化会对相机的成像品质起主要影响，而分色片及透镜口径小、刚度高，稳定性好，微振动对镜片的刚体位移和面形影响很小。本文主要以主、次镜为对象来分析微振动对成像品质的影响。1相机有限元模型建立空间遥感相机在轨工作时，影响光