航天某相机焦面结构分析
空间相机镜头结构分析

空间相机镜头结构分析作者:柴文义解永杰来源:《计算机辅助工程》2013年第03期摘要:用结构设计软件SolidWorks建立某空间相机镜头的精确几何模型,在几何模型的基础上进行力学模型简化,并使用Patran建立相机镜头的有限元模型,然后使用MSC Nastran 对该相机镜头进行静力分析、模态分析和随机振动分析,分析结果与试验结果误差小于5%.关键词:相机镜头;有限元法;结构分析中图分类号:V447文献标志码:B0引言空间光学遥感器在运载、发射以及在轨运行过程中,需要承受各种动力学坏境和热坏境的交互作用.这些坏境约束的存在使得光学遥感器光学元件的支撑结构设计处在一个矛盾的境地:一方面,为避免在运载和发射过程中各个组件出现结构变形、微屈服、疲劳破坏等现象,需要光学元件的支撑结构具有足够的刚度、强度特性;另一方面,系统中各种材料的线膨胀系数不匹配,为避免热变形,导致光学元件镜面面形产生相对位置变化以及光学元件的波前畸变,影响光学系统的成像质量,需要光学元件的支撑结构具有一定的柔性.[1]本文空间相机采用全透镜的光学系统,光机结构由30多个零部件组成.该系统是卫星的一个子系统,采用有限元法对该相机镜头进行结构分析.1相机的有限元模型根据工程图纸,用SolidWorks对相机镜头结构进行精确造型,并完成各个零部件的装配,计算镜头的质量、质心位置以及转动惯量等.根据镜头实际各零件、组件的实测值,换算出几何模型各部分的等效材料特性参数.相机镜头由镜筒、透镜、反射镜、压圈和隔圈等零件组成.机械结构采用比刚度高,加工性能优良的钛合金和铝合金材料,透镜采用石英玻璃材料,材料基本参数见表1.光学元件采用四周固定的方式,在关键部位进行合理的点胶设计.结构的安装方式包括紧配合、胶黏结和螺栓固结的方式,相机通过镜筒底部凸耳跟卫星平台连接.5结束语利用锤击法进行相机镜头的模态试验,在2XSA60-T1000-32WL振动试验系统进行正弦扫描试验,并按照某卫星给出的鉴定级标准进行随机振动试验.结果表明,相机3个方向模态分析的基频与试验结果的最大误差为2.3%,随机振动3个方向参考点的总均方根加速度值最大误差为3.3%.试验结果证明计算分析的有效性.参考文献:[1]孙继文,傅丹鹰,凌伟. 轻型空间CCD相机模态分析及结构建模方法研究[C]//星载轻型高分辨率光学遥感技术论文集, 2002: 100-106.[2]陈荣利,张禹康,樊学武. 空间高分辨率CCD相机次镜支架最佳结构设计[J]. 光子学报, 2004, 33(10): 1251-1254.(编辑陈锋杰)。
双波段航空相机红外调焦机构的设计

双波段航空相机红外调焦机构的设计现在,随着中国航空航天技术的飞速发展,航空相机在航空摄影中发挥着越来越重要的作用。
为了满足航空摄影任务的要求,红外调焦机构作为相机的关键组成部件之一,正受到广泛的关注和应用。
本文以“双波段航空相机红外调焦机构的设计”为标题,介绍了双波段航空相机红外调焦机构的设计原理、可行性以及设计思路等,以期为航空摄影技术的发展提供技术支撑和支持。
红外调焦机构是航空相机眼位调整和视觉控制的关键技术,它有助于保持视觉模糊度,也有助于实现航空相机的最佳视觉性能。
因此,双波段航空相机红外调焦机构的设计具有重要的实际意义。
针对双波段航空相机红外调焦机构的设计,在前期设计阶段,采用了广泛的设计方法,包括建立一个准确的理论模型,绘制示意图,计算载荷,确定参数,优化设计,最终确定形状及尺寸等。
此外,设计过程还考虑到了质量、成本、设计进度以及飞行安全性等因素。
在设计实现中,采用3D计工具建立三维模型,并计算模型的空间坐标,计算结果可以用来评估模型的精度;之后进行分析仿真,选择传动元件,通过单片机完成模型的控制和调节。
为了提高机械结构的稳定性,设计使用了尾梁结构,由四根尾梁和四个联接板构成。
其中,尾梁采用聚酰胺材料制成,耐高温,可以抵抗机载热载荷;联接板为铝材,采用合金热处理技术,抗飞行载荷,确保结构的可靠性能。
此外,红外调焦机构控制系统的应用是双波段航空相机红外调焦机构设计的又一侧重点。
首先,在设计控制系统前,分析双波段红外图像的特点;基于此,采用简单的控制算法,实现智能化调焦控制。
具体来说,控制系统通过采集双波段图像,计算特征参数,根据特征参数与设定好的阈值进行比较,从而实现自动调焦。
此外,系统中还采用了单片机控制器,以实现提高系统的强可靠性能和功能完善性。
本文介绍了双波段航空相机红外调焦机构的设计,该设计采用了许多新的技术,包括高精度的设计建模、有效的结构优化、质量和成本的考虑以及完善的控制系统。
空间相机高速TDICCD焦面组件热设计及试验研究

fc lpa e On ih s e dT o a ln . eh g —p e DICCD ic i whc a i c l nh a isp t nb c u eo ihp we e s , crut , ihh dadf u t i e t siai e a s fhg o rd n i i y d o y t
lr e h a a a i h r c e fee tii o stk n o e f c l ln . r u h t e c me aSt em a a a c e t ag e tc p c t c a a tro lcrc t b x wa a e n t o a a e Th o g a r ’ h r l ln et s, y y h p h b t e a o to fe to e me h d wa e i e ,a d t e o t z t n s h me wa r s n e . e r s l h w h t h r lc n r le f c f t t o s v rf d n h p i a i c e sp e e td Th e u t s o t a , m h i mi o s u d r i h t mp r t r a e , h x mu t mp r t r f n e g e e au e c s s t e ma i m e e a u e o h TDICCD s 3  ̄ , a o t1  ̄ l we a o h n em a i 0C b u 0C o rt n n t i g t r l h h c nr l t o s a e , n emeh d c n s r f o to h d wa k n a dt t o a a sy TDICCD’ q ie e t wet me t h i S e u r m n s l r . Ke r s TDI y wo d : CCD; h r a e i ; a i t n r fi e ai n p s i et e a o t l te m l sg rd ai e r r t ; a s r l n r d n o g o v hm c o
航天相机快速定焦的关键参数

摘
要
在 航 天 相机 的装调 中 ,焦平 面的位 置是 影 响航 天相 机 的成像 质 量 的 关键 因素 ,如何 准确 且
快速地在 实验 室环境 中预置相机 的焦平面是体现光学装调水平的重要指标。通过深入研究定焦原理 ,建 立光学模型进行理论推导和光学仿真 ,发现 了定焦过程 中平行光管焦面的 离焦量与相机焦面组件 的偏移 量之 间的定量关系,提 出了离焦放大率的定义并将其作 为定焦关键参数进行定焦的方法,克服 了传统定
航 天 返 回 与遥 感
8 2
第3 8 卷 第4 期
2 0 1 7 年 8 月
S P ACEC RAF T RECOVER Y & RE M OT E S ENS I NG
航 天相机快速 定焦 的关键 参数
钟 卉 郭 悦 贾馨
( 北京 空间机 电研 究所 ,北 京 1 0 0 0 9 4)
The Ke y Pa r a me t e r s f o r Ra pi d Fo c us i ng o f S pa c e Ca me r a
ZHONG Hui GUO Yu e J I A Xi n
( B e i j i n g I n s t i t u t e o f S p a c e Me c h a n i c s &E l e c t r i c i t y , B e i j i n g 1 0 0 0 9 4 . C h i n a )
v a l u e a n d n e e d s r e p e a t e d i t e r a t i o n . E x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e e ic f i e n c y o f t h e a d i u s t a b l e i n s t a n c e i S
机载航空侦察相机调焦机构设计

第27卷 第12期 Vol.27 No.12
差值 4″ 3″ 3″ 3″ 1″ 4″ 1″ 1″ 2″ 0″ 4″ 2″ 3″ 2″ 5″ 5″ 2″ 1″ 4″ 1″
6结 论
本文对航空相机引起离焦的因素进行了分析,
并提出了相应的解决方法。 设计了一套高精度的调 焦机构, 该调焦机构传动误差不大于 0.015 mm, 运 动精度不大于 10″。 满足设计、 使用要求。
文献标识码: A
DOI: 10.3788/OMEI 20102712.0073
Design of Auto-focusing Gear on Airborne Reconnaissance Camera
DONG Bin, TIAN Hai-ying, ZHENG Li-na, XU Yong-sen (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China )
75
Dec. 2010
光机电信息
OME Information
机械位置 (㎜)
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
静态精度
2
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
动态精度
表1 振动验后直线运动机构精度检测数据
水平 读数
差值
机械位置 (㎜)
4 调焦机构误差分析
调焦机构的误差主要包括调焦机构的误差和调 焦反射镜的位置精度误差[5]。 其中, 调焦机构误差主 要是指齿轮副传动的空回和直线导轨的传动误差。 采用最大误差法进行分析, 齿轮副传动的空回不大 于 0.01 mm, 直线导轨的传动误差<0.002 mm。
航空侦察相机镜头结构动力学分析的开题报告

航空侦察相机镜头结构动力学分析的开题报告一、选题背景和研究意义随着现代科技的发展和经济需求的不断增长,航空侦察已经成为一项重要的战略性任务。
为了实现有效、可靠、高精度的航空侦察,航空侦察相机的质量和性能必须得到充分的保证。
镜头作为航空侦察相机中的核心部分,其结构动力学分析是其设计和开发的基础和前提,对于提高航空侦察相机的成像质量和稳定性具有重要意义。
因此,本研究选取航空侦察相机镜头为研究对象,通过对其结构动力学的分析,寻找其结构优化方案,提高镜头的成像质量和稳定性,以达到军事和民用需求的要求。
二、研究内容和研究方法本研究的主要内容为航空侦察相机镜头结构动力学的分析,包括以下方面:1. 镜头结构的设计原理和关键指标的分析2. 镜头的模态分析,包括振动模态、固有频率、振型等分析3. 镜头的应力分析,包括应力分布、疲劳分析、行波振动分析等分析4. 镜头的优化设计,包括材料选择、结构参数调整、振动控制等方面的优化5. 镜头的实验验证,包括振动测试、实用性测试等方面的实验验证。
本研究主要采用理论分析和数值模拟相结合的方法,通过建立相应的数学模型和计算模拟,对航空侦察相机镜头的结构动力学进行深入的分析研究。
三、预期研究结果本研究的预期研究结果主要包括以下方面:1. 对航空侦察相机镜头的结构原理、关键指标,以及结构动力学等相关领域方面的深入理解和研究2. 镜头振动模态、固有频率、振型等参数的数值计算结果和分析3. 镜头应力分布、疲劳分析、行波振动分析等关键参数的计算和分析结果4. 镜头的优化设计方案,通过材料选择、结构参数调整、振动控制等方面对结构进行优化5. 镜头的实验验证结果,通过振动测试、实用性测试等方面的实验验证,对优化方案进行验证和评估。
四、研究难点与创新性本研究面临的主要难点是:1. 航空侦察相机镜头的结构复杂,涉及到多学科知识,如光学、力学、材料学、信号处理等多个方面知识的融合。
2. 航空侦察相机镜头的结构动力学分析涉及大量的数值计算和分析工作,必须具备较强的计算机模拟和分析能力。
嫦娥一号卫星CCD立体相机焦平面设计与辐射定标

第30卷 第12期光 学 学 报V ol.30,No.122010年12月ACTA OPTICA SINICADec ember,2010文章编号:0253 2239(2010)12 3508 07嫦娥一号卫星CCD 立体相机焦平面设计与辐射定标宋宗玺1,2赵葆常1 高 伟1 杨建峰1 阮 萍11中国科学院西安光学精密机械研究所,陕西西安7101192中国科学院研究生院,北京100049摘要 讨论了嫦娥一号卫星CCD 立体相机的特殊焦平面设计与实验室辐射定标。
嫦娥一号卫星CCD 立体相机采用一个广角、远心和消畸变的光学透镜配以面阵CCD 作为接受器,完成三线阵自推扫成像。
由于快门污染的存在,造成前视、正视与后视间的曝光时间存在较大的差异,这给辐射定标带来困难。
本文提出了在面阵CCD 焦平面前方设置一个三狭缝面罩的方案,从而使三行CCD 的曝光时间基本相同,其残差在实验室辐射定标中作进一步修正,取得了较好的效果。
本文还介绍了辐射定标中的其他重要性能指标,包括最短曝光时间的预估、饱和辐亮度的配准、暗电流检测、输出对输入的线性度以及相对定标、绝对定标的不确定度。
关键词 光学设计;嫦娥一号探月卫星;CCD 立体相机;焦平面设计;辐射定标中图分类号 O431.2 文献标识码 A d oi :10.3788/AO S 20103012.3508Focal Plane De sign of Chang e 1Sate llite CCD Stereo Came ra andLaboratory Radiation CalibrationSong Zo ngxi1,2Zhao Baochang 1Gao Wei 1Yang Jianfeng 1Ruan Ping11Xi an Instit ut e of Optics a n d Pr ecisi on Mechan ics ,Chin ese Aca dem y of Scien ces ,Xi a n ,Shaa n xi 710119,Chin a2Gr a du a te U niv er sity of Chinese Aca dem y of S ciences ,Beijin g 100049,ChinaAbstract The special focal plane design and radiation calibration of Chang e 1satellite CCD stereo camera are discussed.A wide angle,telecentric and orthosc opic optical lens coupled with an area array CCD is used as a sensor in Chang e 1satellite CCD stereo camera to complete the three line array self propelling sweeping imaging.But with the existence of shutter smear,the exposure tim e has some great differences between the foresight,vertical sight and bac k sight.I t brings diffic ulties to the radiometric c alibration.This paper presents a solution of setting up a three slit ma sk in front of the CCD foca l plane,which ma kes the three line exposure tim e a lmost the same and after the residuals in the laboratory c alibration are further adjusted,good result is obtained.This paper a lso introduces other performances in the radiation calibration including the estimation of the shortest exposure time,the registration of the saturation radiance,the dark c urrent noise test,the linearity of CCD pixel response and the uncertainties of relative calibration and absolute c alibration.Key wo rds optical design;Chang e 1luna r satellite;CCD stereo camera;focal plane design;radiation calibration收稿日期:2010 03 25;收到修改稿日期:2010 05 06基金项目:嫦娥一号卫星光学成像探测系统项目资助课题。
宽视场航天相机像面测量技术

第50卷第5期V〇1.50No.5红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年5月May2021宽视场航天相机像面测量技术胡凯,丛海佳'陈凡胜,金钢^(中国科学院上海技术物理研究所中国科学院智能红外感知重点实验室,上海200083)摘要:宽视场高质量的航天相机是未来有效栽荷的发展方向,基于宽视场航天相机的装调需求,提 出了一种干涉测量与几何量测量相结合的像面测量方法。
搭建了宽视场航天相机像面测量平台,利用 激光干涉仪确定各视场的焦点位置,激光跟踪仪获取各焦点位置坐标,通过坐标换算和拟合完成像面 的绘制,像面测量误差可控制在0.01m m内。
通过该方法,完成了一款离轴三反航天相机的像面绘制, 系统焦距1200mm,相对孔径1:2.4,视场角10。
><1。
测试的像面与光学设计软件ZEMAX输出的理 想像面进行比对,像面形状及位置基本吻合,平面度偏差0.009 mm。
测试结果表明光学系统装调到 位,为探测器配准工序的完成提供了重要依据。
关键词:光学测量;像面绘制;干涉法;离轴三反系统;几何量测量中图分类号:TN206 文献标志码:A DOI:10.3788/IRLA20200336Measurement technology of image plane of wide-field space cameraHu Kai,Cong Haijia*,Chen Fansheng,Jin Gang*(Key Laboratory of Intelligent Infrared Perception, Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200083, China)Abstract:Wide-field and high-quality space camera is the future development direction of payload.Based on the alignment requirements of the wide-field space camera,an image plane measurement method combining interferometry and geometric measurement was proposed.The image plane measurement platform of the wide-field space camera was built.A laser interferometer was used to determine the focal position of each field of view and a laser tracker was used to obtain the coordinates of each focal position in this method.Finally,the image plane was drawn through coordinate conversion and fitting.Image plane measurement error could be controlled within0.01 mm.Through this method,the image plane drawing of off-axis three-mirror reflective space camera was completed,the system was with a focal length of 1200 mm,a F-number of2.4, a linear field of view of 10°x l°.The test image plane was compared with the ideal image plane output by the optical design software ZEMAX,the shape and position of the image plane were basically consistent,and the flatness deviation was at 0.009 mm.The test results show that the optical system is aligned in place,and it provides an important basis for the completion of the detector registration process.Key words:optical measurement;image plane drawing;interferometry;off-axis three-mirror reflective system;geometric measurement收稿日期:2020-09-07;修订日期:2020-12-29基金项目:国家自然科学基金(61975222, 11905281)作者简介:胡凯,男,助理研究员,硕士,主要从事航天空间有效载荷光机系统装调与检测工作。
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航天某相机焦面结构分析
本文针对航天某相机的焦面组件,使用HyperMesh进行有限元模型前处理,使用RADIOSS求解,求解后并使用HyperView进行结果后处理。
进行结构的模态分析和基于模态法的扫频分析,通过结果分析验证了设计的合理性。
1 前言
焦面结构组件是卫星相机的关键组件,集光、机、电、热于一体。
为了适应发射阶段和在轨阶段的力学环境要求,必须对关键部件进行力学分析与试验。
焦面结构组件如下图所示,主要包括结构基体、反射镜、探测器组件以及探测器驱动电路盒等。
本文主要针对焦面组件进行模态以及正弦扫频分析,并对结果进行讨论。
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图1 XX相机焦面结构图
2 有限元模型的建立
2.1 焦面组件的模型前处理
为对焦面组件进行结构分析,须对模型进行适当的简化以及网格的划分。
使用HyperMesh强大的几何清理功能对导入的CAD模型进行几何清理,对于的小孔清理,对滤光片进行抽中面进行面网格划分。
其余结构基体、反射镜等部件进行体网格划分。
网格剖分结果如图2所示。
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图2 某相机有限元分析模型
2.2 结构材料性能
为了满足焦面组件的高强度,轻量化以及满足热稳定性等方面的要求,焦面组件的主要支撑以及关键零部件采用4种材料,各种材料参数分别如表1、表2、表3、表4所示。
表1 材料1参数
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表2 材料2参数
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表3 材料3参数表
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表4 材料4参数表
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焦面结构中所选用材料除了上述几种以外,还包含电路印制板,对于电路印制板的密度采用包括电路板上的元器件在内的总体质量与体积的比值来定义电路板的密度。
表5 PCB板材料参数表
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3 结果分析
3.1 模态分析
通过对上述的模型在RADIOSS中求解,得出焦面组件的前5阶模态,前5阶模态的的频率值如表5所示。
由于模型中有薄板存在,前5阶模态主要集中在薄板处和焦面支架的两个薄壁方向。
其中一阶和三阶振型如图所示。
表6 前5阶模态频率
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图3 一阶模态振型图
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图4 三阶模态振型图
3.2 正弦扫频分析
为了提高焦面组件的分析精度以及反应焦面组件的准确的力学环境,对于螺栓的连接采用杆单元来代替,对于焦面结构组件的耳板要连接到镜头上的六个螺纹孔进行六个自由度的约束如图2所示。
正弦扫频采用模态叠加法。
载荷见表5所示。
表5 正弦载荷条件
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扫频模态叠加法正弦扫频结果如图5和图6所示。
通过图可以看出在低频阶段加速度没有明显的放大,只有在频率达到1000Hz以后加速度才有放大,而且放大倍数较小。
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图5 CCD处加速度放大随频率的变化图
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图6 反射镜处加速度放大随频率的变化图
4 结论
本文对某相机焦面组件利用HyperMesh进行了结构前处理,利用Radioss进行了模态以及正弦扫频分析。
通过模态分析结果来看,一阶频率在900Hz以上,满足设计要求。
正弦扫频时900Hz以内没有明显的加速度放大。
在1000Hz左右测试敏感点的加速度放大倍数在1.5~1.8之间,满足设计要求。