空间光学遥感器动力学环境CAE研究

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三维CAD在空间光学遥感仪器中的应用

三维CAD在空间光学遥感仪器中的应用

载荷 , 常 以卫 星为搭载平 台,以光学传 感器 等 通 为技术基础 , 目标物进行 远距离探测 与识别 , 对 收集 、 录 目标场 中 目标 的辐射 能量, 记 并把 所 获 得 的数据 发送至地面 站。 它从 研制 、 装星 发射 、 入 轨 到 空间轨 道 长期 运行 ,要 经 历 地面 环 境 、
LU C u i I h nxa
f 1 g Is tt o cncl h s s C iee cdmyo c n e, h n hi 003 C ia s a h n t ue f eh i yi , hns a e S i csS a g a 2 08, hn J jn i T aP c A f e
主动 段 力学 环境及 空 间轨道 等 环境 ,并 经 受 振
() 3 高刚度: 在外界机械扰动和 环境变化 时, 仪 器 不抖 动 ,保证 仪 器 能在 恶 劣 的空 间环 境条
件 下 正常 工作 ,达 到 预 定 的分 辨率 和成 像 质量
等 技 术指 标 ,仪器 结 构和 光 学 系统 必须 具 有很 高 的尺 寸稳 定性;
台,以某光机 扫描仪 为例,介 绍 了利 用 三维 C D技 术设 计 空间光 学仪 器机械 结构 的方 A
法和 思路。
关 键词 三维 C D;空间光 学遥 感仪 器;机 械 结构 A 中圈分 类号 : T 12 H 2 文献标 识码 t A
A pplc to o D i a i n f3 CA D n S c ptc lR e o e Se o i pa e O i a m t ns r
() 4 重量 轻 、体 积小 :为 了适应 空 间应 用的
动、 冲击 、噪声等 动载荷及 静过载 等力学 及真 空

空间光学遥感器主镜展开机构重复定位精度分析

空间光学遥感器主镜展开机构重复定位精度分析
较好 的稳 定性 和重 复定位 精度 ,锁 紧力 的施力 点 位置应 使得 上述 6个 接触 点处接 触力 相等 。 为分 析方便 ,假 设仅 有 1个锁 紧力施 力 点 。实 际上 ,锁 紧力施 力 点 可 能为 2个 或更 多 ,但 是 ,
这些 锁 紧力为 空间平 行力 系 ,可等效 为 1个力 。因此 ,假设 1 锁 紧力 施力 点并 不失 一般 性 。 个
() li支承 顶 角1 。 dKevn 等腰 三角 形布 置 1
图 1 运 动 支 承 定 位 块 的两 种 布 置 方 式
为使 各 方 向的 刚度 均衡 ,B y s支承 和 Kevn支 承 的 V 形 定位 块 和锥 形定 位 块上 与 定位 球 接 oe li
触 的平面 与定位 块所 在对接 面 的夹角 均 为 4 。 5。对 于 B y s 承 ,为 了获 得 良好 的稳 定 性 , “ V oe 支 沿
维பைடு நூலகம்资讯
20 0 8年 2月
中 国 空 间 科 学 技 术
CH I NESE PACE S SCI EN CE AND TECH NOLOGY

1 期
空 间光 学 遥感 器 主镜 展 开机 构 重 复 定 位 精 度 分 析
刘志 全 孙 国 鹏
解 决 这些 复杂 动 力学 问题 有重 要 意义 。
分块 子镜 展 开锁定 后 需要 通过 主 动控 制来 调整 各分 块 子镜 的位 置 和曲 面形状 ,从 而 使主 镜 的位
置精度 和 曲 面形状 精度 满 足成像 要 求 。提 高主 镜展 开机 构 的重复 定 位精 度 可 以降低 用于 调整 子镜位
实 际位 置 的一 致 程度 ,以重复 定位 误 差来 表征 。主镜展 开 机构 只有 具备 了高重 复定 位精 度 ,才 能保

空间光学遥感器运动学支撑方案设计与分析

空间光学遥感器运动学支撑方案设计与分析

A b s t r a c t :A k i n e ma t i c s u p p o r t i n g p r o j e c t h a d b e e n d e s i g n e d i n o r d e r t o r e s o l v e i n s t a l l a t i o n a n d
含 间隙情况 下工作 平 台具备 的过约束 数 目的差 别 。最后 运 用欧拉 公 式优化 杆 件 结构 , 优 化 后 支
撑 杆件 采 用空心矩 形截 面 , 在 不影响 运动 副工作 的 同时缩短 杆件 长度 , 增 强 支撑 结构 的稳 定性 ,
完成 空 间遥 感 器运 动 学支撑 方 案设 计 。 实验 结 果表 明 : 遥 感 器 沿各 轴 位移 都 在 0 . 0 1 mm 数 量 级, 绕 z, , 轴 转 角分别 为 3 . 9 5 , 1 . 8 6 , 1 . 8 1 , 该方 案 满足 了对 空 间光 学遥 感 器 的 支撑 和定位
空 问光学遥感器运动学支撑方案设计与分析

李炳强ห้องสมุดไป่ตู้ , 何
欣 , 袁 涛
1 3 0 0 3 3 ; 1 0 0 0 3 9 )
( 1 . 中国科 学 院 长 春 光学 精 密 机 械 与 物理 研 究 所 , 吉林 长春 2 . 中 国科 学 院 研 究 生 院 , 北京
摘要 : 设计 了空间光 学遥感 器 的运 动 学支撑 方 案 , 以解 决遥 感 器 的安 装和 精 密 定位 。首 先介 绍 了约 束螺旋 理论 , 主要 包括 螺 旋 的概 念 , 修 正 的 K_ G 公 式及 公 共 约 束和 冗余 约 束 的物 理 意 义 。 然后 提 出 了 3 - R RR 空间并联机 构 的运 动 支撑 方 案 , 采 用约束 螺旋 求解 法分析理 想状 态各 支撑 分 支对 工作平 台的 自由度 约束 问题 , 以及 各 分 支运 动链 共 同作 用到 工作 平 台后 产 生的公 共 约束 和 冗余 约束 , 引入 实际情 况 中的微 米级铰 间隙 , 分析 其 对 自由度 分 配的 影响 , 比较 理 想情 况和 实际

空间光学遥感器主反射镜支撑结构综述

空间光学遥感器主反射镜支撑结构综述

空间光学遥感器主反射镜支撑结构综述李宗轩1,2(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春吉林 1300312.中国科学院研究生院,北京,100039)摘要:空间光学遥感器正向着高地面分辨率,宽覆盖面积,高光谱分辨率和宽光谱带宽的方向发展。

光学系统的主反射镜是整个系统至关重要的环节,直接影响成像质量。

现代的高分辨率空间相机其主反射镜直径一般大于500mm,对自重、空间力学环境和温度影响更加敏感。

其支撑结构的设计就尤为重要。

文章简要分析了主反射镜支撑系统的特殊技术要求,针对这些要求,介绍了几种国内外主镜的支撑结构形式,并讨论了支撑结构设计设计中要注意的几个问题。

最后介绍了空间光学遥感器主镜支撑技术的几个发展方向。

关键词:空间光学遥感器;主反射镜;支撑结构;热补偿1 引言现代空间光学遥感器地面覆盖面积越来越大,地面分辨率越来越高,长焦距、大视场、和大通光口径已经成为其发展的必然趋势。

随着遥感器口径的增大,尤其是光学系统尺寸的增大,带来了许多技术问题,主要表现为空间遥感器的精度、稳定性以及质量等与其应用需求之间的矛盾。

反射镜是反射式光学系统的关键部件,其面形精度要求非常高,通常面形误差要求在可见光波长量级及以上,不超过100nm。

反射镜支撑系统直接影响着反射镜保持面形精度的能力,其成为大口径反射镜工程应用中的最关键技术之一。

随着光学系统主反射镜直径的不断增大,使得反射镜面形受自重力和温度梯度的影响尤为突出。

为了更好地满足大口径光学系统的高性能要求,必须对其主反射镜其进行轻量化设计,以减轻自重变形的影响。

主镜在轻量化以后,随着轻量化率的增加,虽然比刚度在提高,但其结构绝对刚度却在下降,因此镜面对支撑应力的敏感度也在迅速增大。

同时,空间环境温度的改变也易通过支撑结构引起反射镜的面形变化。

进入空间近地轨道以后,在地面已达到工程使用要求的主镜由于自重的消失和复杂的外界温度的变化,镜面面形也易发生变化,偏离设计和加工的要求,直接影响空间相机的成像质量。

中国航天光学遥感技术成就与展望

中国航天光学遥感技术成就与展望
航 天返 回与 遥感
l 0
第 2 卷第 3 9 期
2O O8年 9 月
S AC C F 1 EC Ⅶ RY & RE T E I G P E RA IR 0 MO E S NSN
中 国航天 光学 遥感技术成就与展望
岳 涛
107 ) 006 ( 京 空 间机 电研 究 所 , 京 北 北
Ke rs O t a r o es gst le O t a r o esr ci e et F t ep set yWod pi m t sni a lt p i l e t sno c e e l n e i c m e A he m n u r r pc v s u o s
世瞩 目的伟大成就。 目 已经建立 了完整配套的航天光学遥感卫星研究 、 前 设计、 制造和试验体系 , 出了一 走
条适 合我 国国情 、 中国特 色的发 展道 路 。 有
收稿 日期 :08— 8 8 20 0 —2
第 3期

涛: 中国航 天光学遥感技术成就与展望
2 中国航天光学遥感卫星取得 的系列成就
Yu c &Eetc y B i g107 ) B i ni t o aeM cais l r i , ei 006 j ste S cit j n
Ab ta t T e lu c e p c pia ael e n h p c e t e s r r r sn e n t a e .Th sr c h a n h d s a e o tc l stli sa d te o t a rmoe sn os we e p e e td i he p p r t il e c i e e ge ta he e n si e s a e o t a e t e sn r awe e s o h n s ra c i v me t n t p c pi lrmoe s n i g ae r h wn.T eprs e t n ft r e eo me to h c h o p cso uu e d v lp n f h p c p il r moe s n i g s ra stli n eae e h oo i swee ma e. t e s a e o t a e t e sn ei aeltsa d te r ltd t c n lge r d c l e h

空间环境和污染对光学器件的影响

空间环境和污染对光学器件的影响

空间环境和污染对光学器件的影响李鸿勋【摘要】用于观测卫星、气象卫星、空间望远镜上的各种光学器件及其光学涂层必须经受住空间环境和污染的考验才能保证航天器的可靠性。

采取有效措施减少空间环境的影响是解决问题的关键。

对于低温光学仪器是个相对独立的系统,在冷却期间必须保证仪器中最冷的传感器芯片保持最高温度,这样在冷却之前污染物就不会被吸附在表面上。

最好的方法是在光学器件的适当位置安装加热器及污染控制罩。

%Various instruments such as optical devices and optical coatings used in observation satellites,meteorologi-cal satellites and space telescopes must withstood the trial of the space environment and contamination in order to ensure the reliability of spacecraft. To reduce the impact of the space environment and control contamination are the key to solv-ing the problem. Low-temperature optical instruments is a relatively independent system,its thermal design must ensure the coldest sensor chip array to hold the highest temperature in the instrument. Thus,the contaminant is not be adsorbed onto the surface of the key before sensor chip array will be cooled. The best and most basic method of controlling cryogen-ic instrument contamination is that Optics forever invisible molecules flow from external contamination sources. Installing the heater and contamination control cover at an appropriate position is effective.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P364-368)【关键词】污染;光学器件;传感器;中红外;涂层【作者】李鸿勋【作者单位】北京卫星环境工程研究所,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】V57航天器及其重要部件的表面在空间环境和污染的条件下,会影响航天器及相关部件的可靠性和质量,因此空间环境和污染问题受到了广泛关注,并进行了大量研究工作,以便研讨有效空间环境和控制污染的措施。

遥感专业大类

遥感专业大类

遥感专业大类
遥感专业属于工学门类下的测绘类专业,是一门新兴的交叉学科。

它集成了空间、电子、光学、计算机、通信等学科的理论和技术,利用传感器/遥感器从空中或空间获取地球表面的信息,并对这些信息进行加工处理和分析应用。

遥感技术具有观测范围广、获取信息速度快、获取信息受条件限制少等特点,在农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域具有广泛的应用前景。

遥感专业主要学习遥感原理与方法、遥感图像处理、遥感应用技术、遥感地学分析、遥感软件开发等方面的知识和技能。

学生需要具备较好的数学、物理、计算机等基础知识,同时还需要具备较强的空间思维能力和数据分析能力。

在学习过程中,学生将通过理论学习、实验操作、实习实践等方式,掌握遥感数据的获取、处理、分析和应用等技能,为今后从事遥感相关的工作或研究奠定基础。

毕业后,学生可以在国土资源、环境保护、农业、林业、测绘、交通等领域从事遥感数据采集与处理、遥感图像解译、遥感应用系统开发等方面的工作,也可以在科研机构、高校从事遥感相关的研究和教学工作。

总之,遥感专业是一个具有广阔前景和应用价值的专业,对于那些对空间信息技术感兴趣、具备较强的计算机和数据分析能力的学生来说,是一个不错的选择。

光学遥感中的定量模型

光学遥感中的定量模型
混合模型
统计模型与物理模型结合的混合模型 所有的遥感定量模型都利用:光谱、空间、时间、角度和极化。 通过定量模型陆地表面可以用连续变量(如叶面积指数、反射率)和分类变量(如土地覆盖)来描绘。
基本概念
数字值 辐亮度 立体角 辐照度 二向性反射率及反照率 地球外的太阳辐照度
数字值
遥感统计模型总是利用数字值来直接估计地表特征变量。DN
传感器接收光谱信号时,能分辨的最小辐射差。在遥感图象上表现为每一像元的辐射量化级(D)。 如6bit, 7bit, 8bit, 11bit, …… 一个6-bit 的传感器可以记录26级( 64 )的亮度值, 一个8-bit 的传感器可以记录28级( 256 )的亮度值, 一个12-bit 的传感器可以记录212级(4096)的亮度值
从地表零气象视距辐射亮度图像到传感器入瞳处的图像之间一定会受到大气吸收和散射作用以及大气湍流等效应的作用,造成图像变形和模糊,影响最终成像质量,要对大气作用进行精确仿真才能获得与实际最佳一致的图像,为评价遥感系统提供依据。 目前大气作用仿真有两种方法: 一、采用大气辐射传输理论求解大气辐射传输方程,计算大气透过率、大气程辐射、大气下行辐射等逐个像元计算出大气顶层入瞳处(TOA)的辐射亮度图像,参数的计算一般采用LOWTRAN7或MODTRAN4软件。 二、将大气作用的效果定义为大气调制传递函数,可将其近似为湍流和气溶胶调制传递函数之积。
遥感建模系统
场景生成 场景辐射建模 大气辐射传输建模 导航建模 传感器建模 制图和面元划分
一个前向建模流程将预测在一定的环境和传感器条件下将得到什么样的遥感数据;一个基于物理反演流程可以从遥感数据中得到陆地表面各种地球物理和生物物理变量。
遥感建模系统
场景生成
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空间光学遥感器动力学环境CAE研究
摘要:空间光学遥感器所经受的主要力学环境是在运载、发射过程中的动力学环境,尤其是遥感器所经受的各种振动载荷,它直接关系到遥感器结构的稳定性,是影响遥感器在空间能否正常工作的关键因素。

采用CAE技术对空间光学遥感器进行动态刚度及动力学载荷响应分析,旨在考查空间光学遥感器抗外界干扰能力和运载、发射、试验过程抗破坏能力。

研究结果表明,空间光学遥感器具有较高的刚度,能够抑制动力学环境干扰,保持良好的动态特性,空间光学遥感器方案可行。

关键词:CAE技术;有限元法;空间光学遥感器;动力学响应;
动力学特性
0 引言
航天光学遥感技术的研究已经开展了50多年,随着遥感数据应用的不断深入,人们对天体和地球观测的要求越来越高,对空间光学遥感器的要求也越来越高。

空间光学遥感器在地面运输和发射飞行过程中,将经受各种类型的恶劣力学环境,包括振动、噪声、冲击、加速度等。

为了确保空间光学遥感器在空间环境状态下的光学元件结构位置精度及成像质量,以及在发射运载过程中不破坏、不产生残余变形,必须保证空间遥感器结构既具有较轻的重量,又满足足够的强度、刚度和良好的热环境适应性要求。

为此,可采用计算机辅助工程(CAE)数值计算方法,应用有限元分析技术对所设计的空间遥感器
结构从刚度、强度、热稳定性方面进行结构性能模拟仿真分析和优化设计。

文中对空间遥感器结构进行模态分析和频率响应分析,以便预示空间遥感器的结构固有动态特性及其对动力学环境的响应。

应用仿真分析结果所提供的信息可以确定空间遥感器结构设计的合理性,以决定是选用该设计方案还是对设计方案进行修改,有利于减少原型试
验,实现设计的创新,并可以最后实现对于设计方案的选定。

空间光学遥感器结构方案特点:空间遥感器光学系统主体为对称型透射式结构,包括八片材料分别为TF3、ZK8和K9的三组光学元件。

由于其焦距较长,在第二组光学元件与第三组光学元件间加入平面反射镜,将光线转折90°后射入CCD像面,所以空间光学遥感器外形呈L形。

为便于光学元件的安装与调试,将空间光学遥感器镜头分为三段,中间采用法兰联接,前遮光罩与镜头间通过过渡环螺纹联接。

1 有限元模型的建立
1.1 光机结构方案
空间光学遥感器光机结构方案三维模型如图1所示。

该空间光
学遥感器通过位于中部直镜筒上的法兰安装到基础上。

1.2 材料属性
表1所示为空间光学遥感器有关零件的材料参数。

所缺数据(分
析计算需要)根据航空材料手册补全。

1.3 有限元模型
根据空间光学遥感器的光机结构特点,选用三维体单元(8节点六面体单元和10节点四面体单元)和壳单元对其进行离散化处理。

前遮光罩上的消杂光环及2mm厚的罩体采用壳单元,直镜筒上的纵向筋也采用壳单元,其余部分全部采用三维体单元。

镜组与镜筒间的胶层直接用钛合金材料代替。

有限元模型如图2所示,模型的X轴为空间光学遥感器的光轴方向,XOY平面为光路折转面,其中单元5331个,节点8479个。

空间光学遥感器内部的法兰联接处每个面上16个节点直接刚性联接;安装用法兰盘划分为一层单元,其中两表面上、8个紧固螺钉所在位置的16个节点全约束。

2 工程分析
采用MSC.Nastran对空间光学遥感器的结构有限元模型进行求解。

2.1 模态分析
衡量结构动态刚度的主要指标是结构的固有频率及相关的振型。

模态分析用于计算空间光学遥感器的振动特性,获取结构的固有频率Fn和振型,考查其动态刚度,并试图发现空间光学遥感器的薄弱环节。

一般最主要关心的是前几阶固有频率Fn及相应振型,要确保空间光学遥感器有足够高的基频和不产生与相关结构一致或近似
一致的振型。

空间光学遥感器的模态分析结果如表2及图3~图6所示,其第
一阶模态为200.8Hz,且各阶模态的频率间隔较大,说明空间光学遥
感器具有足够高的动态刚度,且其模态叠加的可能性较小。

2.2 频率响应
在4Hz~2000Hz范围内,按单位加速度基础输入,分析计算空间光学遥感器的频率响应,考查空间光学遥感器的抗共振能力。

激振方向:X、Y、Z三个方向。

采用大质量法对空间光学遥感器进行频率响应分析计算,取结构阻尼为3%。

安装螺钉所在位置的16个节点与大质量节点间建立一个RBE2单元,在大质量节点上分别施加X、Y、Z向的单位加速度载荷。

在4Hz~2000Hz范围内均匀插入100个数据点,同时在共振点
附近再插入3个计算点。

图7~图9所示为空间光学遥感器在加速度载荷作用下的频率响应曲线,其中黄色水平线表示基础输入节点8480的响应(等于输入值),红色线是空间光学遥感器第一镜片外顶点(节点966,以下简称首端)的响应,蓝色线是空间光学遥感器的CCD焦面组件外表面中心点(节点8141,以下简称末端)的响应。

从图7~图9可以看出,空间光学遥感器在4Hz~2000Hz范围内仅有1~2个大于10倍放大倍率的共振点,且其频率间隔较大;首末端的最大响应点如表3所示。

以上结果表明,空间光学遥感器光机结构设计方案具有较强的
抗振能力。

3 结束语
本文通过CAE方法,针对空间光学遥感器进行有限元分析,考核空间遥感器光机结构设计方案的可行性,为选取合理设计参数提供科学的依据。

首先,应用CAE技术从刚度方面对空间遥感器进行三维有限元分析;同时,应用有限元动力学分析技术对空间遥感器的抗振能力进行预测,从数值分析结果看,空间遥感器动态刚度高,保证了空间遥感器在空间力学环境条件下的抗干扰能力。

实践表明,应用CAE技术和有限元分析方法对空间遥感器作动态特性系统评价,不仅能指导设计,缩短研制周期,降低成本,而且可以对空间遥感器的高安全可靠性和成像质量提供可靠保障,对空间遥感器以及其它空间
光机结构的未来设计具有一定指导意义。

参考文献:
[1] 陈世平.空间相机设计与试验[M].北京:中国宇航出版社,2003.
[2] 杨洪波.空间遥感器动力学计算机仿真[J].光学精密工程,1998(6).
[3] 王勖成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京:清华
大学出版社,1997.
[4] 邹经湘. 结构动力学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1996.
[5] 耿麒先,杨洪波.空间遥感器动态特性研究[J].电子器
件,2007(5).
[6] 隋允康,杜家政,彭细荣.有限元动力分析与优化设计实用教程[M].北京:科学出版社,2004.。

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