第２５卷 第８期
２０１７年８月 光学精密工程
ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１７
收稿日期：２０１６‐０８‐２６；修订日期：２０１６‐１１‐１４． 基金项目：国家自然基金资助项目（Ｎｏ．Ｙ５Ｄ１３ＪＪ１６０）文章编号 １００４‐９２４Ｘ（２０１７）０８‐２０９８‐０８
空间光学载荷探测器组件抗冲击隔振设计
王忠素１，２，吴清文１，郭权峰１，郭 亮１，江 帆１，倡，王国强３
（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；
２．中国科学院大学研究生院，北京１０００３９；３．吉林大学，吉林长春１３００２２）
摘要：针对广角极光成像仪整机Ｚ向冲击试验后探测器损坏的问题，提出在镜头组件与头部框架间设置隔振器的解决方法。首先，确定隔振方案为被动局部隔振；然后，从材料、刚度和安装方式等方面完成金属橡胶隔振器的设计。接着，运用有限元方法对结构进行模态分析和冲击载荷响应仿真分析。最后，对广角极光成像仪整机产品进行了力学实验，实验结果与仿真分析结果一致。实验结果显示：安装隔振器后，探测器位置测点的正弦振动加速度响应最大降低了２６．２％，随机振动加速度响应最大降低了７２％，冲击加速度响应最大降低了４８％，说明该隔振器具有显著的减振效果。在实验完成后对产品进行检测，发现产品并无异常，说明结构设计满足要求。
关 键 词：广角极光成像仪；整机；探测器组件；金属橡胶隔振器；冲击载荷；减振
中图分类号：ＴＰ３９４．１；ＴＨ６９１．９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１７２５０８．２０９８
Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｔｉ‐ｓｈｏｃｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｆｏｒｄｅｔｅｃｔｏｒｍｏｄｕｌｅｏｆｓｐａｃｅｏｐｔｉｃｓｌｏａｄ
ＷＡＮＧＺｈｏｎｇ‐ｓｕ１，２，ＷＵＱｉｎｇ‐ｗｅｎ１，ＧＵＯＱｕａｎ‐ｆｅｎｇ１，ＧＵＯＬｉａｎｇ１，ＪＩＡＮＧＦａｎ１，倡，ＷＡＮＧＧｕｏ‐ｑｉａｎｇ３
（１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，
ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ；
２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，
Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ）
倡Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ‐ｍａｉｌ：ｇｈｏｌｅｔｈｅ＠１２６．ｃｏｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｓｅｔｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒｂｅｔｗｅｅｎｌｅｎｓｍｏｄｕｌｅａｎｄｈｅａｄｆｒａｍｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏａｖｏｉｄｄａｍａｇｅｏｆｄｅｔｅｃｔｏｒａｆｔｅｒＺ‐ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｈｏｃｋｔｅｓｔｉｎｗｈｏｌｅｍａｃｈｉｎｅｏｆｗｉｄｅａｎｇｌｅａｕｒｏｒａｉｍａｇｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｓｐａｓｓｉｖｅｌｏｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｔｈｅｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｍｅｔａｌｒｕｂｂｅｒｗａｓａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｉｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｔｉｏｎ，ｒｉｇｉｄｉｔｙｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｗａｙｄｅｓｉｇｎ，ｅｔｃ．Ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｈｏｃｋｌｏａｄｒｅｓｐｏｎｓｅｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｗｈｏｌｅｍａｃｈｉｎｅｐｒｏｄｕｃｔｏｆｗｉｄｅａｎｇｌｅａｕｒｏｒａｉｍａｇｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓａｍｅａｓｓｉｍｕｌａ‐ｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆｄｅｔｅｃｔｏｒｒｅｄｕｃｅｓｂｙ２６．２％ｍａｘｉｍａｌｌｙａｆｔｅｒｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒ，ａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｒａｎｄｏｍｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｄｕｃｅｓｂｙ７２％ｍａｘｉｍａｌｌｙ，ａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓｈｏｃｋｒｅｄｕｃｅｓｂｙ４８％万方数据
文章编号 10042924X (2003)0120055204 宽覆盖、离轴空间相机光学系统的设计 常 军1,翁志成1,姜会林2,丛小杰1 (1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130022; 2.长春理工大学,吉林长春130022) 摘要:当前空间相机的光学系统的要求是:在多光谱范围内,系统要有高分辨率、大视场、小体积、质量轻且像面为平像场,TMA (Three mirror anastigmat )可以满足上述要求。为此给出了这方面的设计,所研究的TMA 系统三个反射面都是二次曲面,将主镜和第三镜离轴放置,避免中心遮拦的影响,系统的视场可达到5°×0.2°,焦距为6m ,像质接近衍射极限。关 键 词:高分辨率;空间相机中图分类号:TH703 文献标识码:A 1 引 言 目前,在空间对地观测遥感领域中,无论是军事还是民用领域都在努力发展高分辨力的空间相机,并要求相机在多光谱条件下,具有大视场、高分辨率、体积小、无色差、平像场。当工作轨道高度和探测器尺寸一定时,增大焦距,可以提高对地面像元的分辨率。但是,焦距增大时,系统尺寸也将随着增大,体积大对航空和航天产品非常不利。对于长焦距光学系统,折射系统和折反系统存在二级光谱,不易校正[1];反射系统不产生色差,无二级光谱,使用波段范围宽,而且孔径可以做得较大,宜于轻量化,在抗热性能方面有较强的优势,而且通过使用非球面来校正像差,可以使结构简单,像质优良。目前已有学者在这方面做了不少工作[2-6] 。最常用的卡氏系统也同样具有上述优点,但其视场小,且存在残余场曲;同轴的三镜消像散反射系统(TMA )由于中心遮拦的影响,减少了进入系统的能量,降低了系统的传函值。离轴TMA 避免了中心遮拦,传函值可做到较高。本文探讨一种离轴TMA ,系统焦距为6m ,视场可达到5°×0.2°,对地面有较大的覆盖范围,且筒长较短,成像质量接近衍射极限。 2 光学系统分析 在无像差光学系统中或者系统的像差足够小 时,光学系统口径的衍射决定了系统的最高分辨率。衍射对系统分辨率的影响由艾利斑直径d 来表征: d = 2.44λf D ,(1) 其中:λ为波长,f 为光学系统焦距,D 为光学系统口径。 光学系统的成像质量最好能做到衍射极限,即像斑直径最小为衍射极限。系统焦距f 与探测器单元尺寸δ有如下的关系: f s H =δ,(2) 式中:H 为卫星轨道高度,s 为地面线分辨率。地面覆盖宽度: Q =2?H ?tan ω, (3)式中:Q 为地面覆盖宽度,ω为系统的半视场角。由上式可知,在波长、卫星高度和探测器尺寸δ确定后,空间分辨率与光学系统相对孔径有关,当光学系统口径一定时,在相同的轨道高度条件下,增大焦距可以提高地面分辨率,增大系统的视 收稿日期:2002205204;修订日期:2002210230. 基金项目:国家自然科学基金项目(No.69978020) 第11卷 第1期 2003年2月 光学 精密工程Optics and Precision Engineering Vol.11 No.1Feb. 2003
空间光学遥感仪器的十项主要技术指标浅析 空间光学是利用航天飞机、卫星、飞船、空间实验室、空间站等空间飞行器，利用光学手段对目标进行遥感观测和探测的科学技术领域。主要手段是把光波作为信息的载体收集、储存、传递、处理和辨认目标信息的光学遥感技术。 空间光学的优势有很多，一是对地观测优势，空间光学可以对地球环绕观测地球的每一个角落，可以对地表成非常清晰的像，对于大气观测，灾害预报，环境监测，资源探测等方面有很大的优势。二是太空没有国界的限制，地表100公里以上的区域还是一片各方都可以涉足的无主之地。三是对外观测，过去人们曾经建过很多地面望远镜，但是地面望远镜受到大气扰动的影响，达不到望远镜的衍射极限分辨率。空间望远镜处于真空环境下，受到大气扰动小，更有利于达到望远镜的衍射极限分辨率。 空间光学遥感仪器的主要技术指标有以下几项： 1）空间分辨率 空间分辨率是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或者大小，是用来表征影响分辨地面目标细节的指标。空间分辨率所表示的尺寸、大小，在图像上是离散的、独立的，它反映了图像的空间详细程度。空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。 目前的空间遥感仪器基本上都是采用CCD或者CMOS作为探测器收集信息的，如果地面分辨率为1m，意味着CCD的一个像元对应地面宽度是1m。 空间分辨率示意图（资料来源：上帝之眼） 2）调制传递函数MTF 从信息角度来看，光学系统作为一个信息系统，输出的信息相对于输入的信息肯定会丢失一部分。我们常常使用对比度来表征这种信息，即MTF=（输出图像的对比度）/（输入图像的对比度），由于输出图像的对比度总是小于输入图像，所以MTF总是处于0-1之间。再根据不同的空间频率，即可获得系统的MTF图。
光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地
环境卫星有效载荷——红外相机 红外相机将来自地球表面环境地物的红外反射及辐射信号，经光学系统会聚镜成像到线列探测器上，完成光电信号的转换。探测器输出的电信号进行数字处理形成数字信号，并进行均匀性校正，形成近红外、短波红外、中波红外和长波红外四个红外通道4个通道的红外图像数据。 红外相机有近红外、短波红外、中波红外和长波红外四个红外通道，波段跨越0.75μm～12.5μm，光学口径200mm。红外相机的光路结构如图3.3-4所示，由主光学系统、后光学系统及其光学薄膜元件组成。环境目标信号经双面旋转扫描反射镜反射，进入同轴光学系统，以准平行光出射。分色片D1反射中长波红外波段，透射近红外短波红外波段，分色片D2反射近红外波段，透射短波红外波段。由各通道透镜组将信号会聚成像于各自对应的探测器组件上。各探测器焦平面组件均由探测器线列镶嵌以滤光片构成，以响应各光谱波段的信号，并形成4个光谱通道。中红外、长波红外两个线列探测器集成到同一个焦平面上，由一台斯特林制冷机进行制冷，制冷温度95K。 红外相机主要包括1台红外相机光机扫描头部、1台红外相机信息处理箱和1台斯特林制冷机控制箱。 选择同轴两反的卡塞格林系统作为主光学系统。系统的主镜为抛物面，副镜为双曲面，校正了系统的球差。主镜筒采用材料为殷钢，主镜采用石英材料。望远镜筒与副镜支架为一体化设计，这样加强了主镜与副镜的配合精度。副镜支架的肋板设计成倾斜面。在望远镜系统中，机械保证主镜和副镜安装后的同心度。红外相机成像方式选择多元并扫式。探测器采用多元器件，不同于推扫式的是多元探测器成像不是在穿轨方向而是在沿轨方向同时成像，其优点是在大的刈副宽度下可以有效地提高系统的探测灵敏度。 考虑到滤光片与探测器组合的分光方式在结构上比较紧凑，光学效率高，因此采用分色片先把近红外、短波红外波段与中红外、长波红外波段分离开，再通过各自的后光学系统会聚到滤光片-探测器组件上，形成红外相机所需要的4个探测波段。红外相机4个波段均采用自制的线列探测器，并采用校正黑体来代替冷空间，利用相机底板上参考黑体和侧壁上校正黑体两点，同时实现星上辐射基准和相机在轨的辐射校正。根据卫星系统要求，主要利用红外相机所获得的红外谱段的辐射信息探测陆面、水体和大气的热状况。红外相机具体技术技术性能和指标如下表所示。 项目指标 星下点像元分辨率150m(B1、B2、B3) ； 300m (B4)， 刈宽(km)720 扫描视场角± 29° 谱段(μm)0.75～ 1.10 1.55～ 1.75 3.50 ～3.90 10.5 ～12.5 MTF0.280.270.260.25辐射分辨率（Ne△ρ或0.5%0.5%≤ ≤
Optics 光学元件 Optical lenses 透镜 Optical mirror 反射镜 Windows or diffusers 窗口片或扩散片 Prisms 棱镜 Polarizer 偏振镜 Deamsplitter 分束镜 Diffracting grating 衍射光栅 Optic assemblies 光学装配件 UV(ultraviolet) or IR(infrared radiation) optics 光学产品 Laser optics 激光片 Fresnel Reflection 菲涅尔反射 Refractive index 折射率 Optical components 光学元件 使用偏光滤镜，刚可以一定程度上消除反射、提高对比度；调整偏光滤镜直到得到您想要的效果。 Use a polarizing filter to eliminate some of the reflection and increase contrast; rotate it until you have the effect you want. Contrast ratio 对比度 Spectral range 光谱范围 Coating 镀膜 band pass filters(BPF) 带通滤波器 edge filters 截止滤光器（边缘滤光器） beam splitters(BS) 分光器（光束分离器）dichroic color filters 二色性颜色滤光器 anti reflection(AR)coatings 防反（射）涂层 mirrors(R-max coatings) 反射镜（反射最大化涂层） special coatings 特殊涂层optical designs 光学设计 optical modules 光学模块（组件） precision tooling(Dicing&Centering)精密工具（划片和定中心用） wavelength shift 波长位移波长偏移 laser diode 二极管
第34卷第2期2008年3月光学技术 OPT ICAL T ECHN IQU E Vol.34No.2 M ar.2008 文章编号:1002-1582(2008)02-0305-03 空间光学遥感器遮光罩结构方案选择X 陈立恒1,2,吴清文1,葛任伟1,2,颜昌翔1,李泽学1,2,訾克明1,2 (1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间光学部,长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘要:利用有限元工程分析技术对空间光学遥感器的遮光罩结构方案进行了选择。应用M SC.Patr an/Nastran软件对遮光罩进行了模态分析,应用T M G软件对遮光罩进行了热分析。根据模态分析和热分析的结果对遮光罩材料的铺层方式、遮光罩的结构形式和遮光罩的长度进行了优选。结果表明,[-45b/90b/45b/0b]s交叉对称铺层方式、一条轴向筋和1mm厚度、200mm长度的四棱台式遮光罩的结构方案是合理可行的。其结果为遮光罩的结构设计提供了必要的指导。 关键词:空间光学;遮光罩;模态分析;热分析;结构设计 中图分类号:T P7;O439文献标识码:A Structure scheme selection of baffle for space optical remote sensor CHEN L-i heng1,2,WU Qin g-wen1,GE Ren-wei1,2,YAN Chang-xiang1,LI Ze-xue1,2,ZI Ke-ming1,2 (1.Changchun Institute of Opt ics,Fine M echanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun130033,China) (2.Gr aduate School of Chinese Academy of Sciences,Beijing100039,China) Abstract:T he structure scheme of baffle for space optical r emote sensor is selected by means of finite element method.T he modal analysis is conducted w ith M SC.Patran/N astran code.T he thermal analysis is dealt with the T M G code.According to the results of modal analysis and ther mal analysis,t he material.s laying w ay o f baffle,and the length of baffle are selected.T he results indicate that tentative desig n is reasonable and feasible.T he mater ial.s lay ing w ay of the baffle i s[-45b/90b/45b/0b]s. T he thickness of the4-edge conic baffle is1mm,and its length is200mm.I t is w ith one ax ial rib.A necessary guidance is pre-sented for the design of the baffle of space optical r emote sensor. Key words:space o ptics;baffle;modal analysis;thermal analysis;structural desig n 1引言 杂散光抑制已成为空间光学工程的关键技术之一,而外遮光罩则是对杂散光进行有效抑制的关键。它可对来自太阳、月亮或反射太阳光的地球的杂散光进行直观和有效的抑制,可保证较高的信噪比。遮光罩的工作环境对遮光罩提出了多方面的要求,不仅要求其具有非常高的可靠性,而且还必须做到轻量化[1)3]。高的可靠性要求其结构具有很高的强度和刚度,从某种角度上而言,该要求将导致遮光罩的质量增加,这与轻量化的要求相矛盾。因此对外遮光罩的不同结构方案进行优选是非常必要的。 有限元分析技术是遮光罩结构方案选择的重要手段,是一种非常有效的数值方法,可设计出人们期望的工程结果,帮助人们用最快的速度、较少的试验次数、较低的成本实现研究的目标[4)8]。有限元工程分析是空间光学遥感器研制工作的重要组成部分,这项工作对空间光学遥感器是否能满足设计要求、达到设计性能指标及最终能否在轨正常工作都具有非常重要的意义。在空间光学遥感器结构设计中,用模态分析法进行了结构系统动力学特性的研究,用热分析技术进行了空间环境的热仿真分析和热影响分析的研究。本文通过遮光罩的模态分析计算和热分析计算,分别对遮光罩材料的铺层方式、遮光罩的结构形式和遮光罩的几何参数即遮光罩的长度进行了优选,其分析结果为遮光罩的结构设计提供了很好的指导作用。 2材料铺层方式的选择 遮光罩拟采用碳纤维复合材料,因为碳纤维复合材料具有质轻、高强度、高刚性,尤其是有非常低的热膨胀系数等一系列优异性能,特别适用于空间 305 X收稿日期:2007-04-03;收到修改稿日期:2007-05-22E-mail:chenliheng@https://www.doczj.com/doc/841303898.html, 作者简介:陈立恒(1979-),男,吉林省人,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所博士研究生,主要从事CAD/CAE技术应用和传热技术方面的研究。
第２５卷 第８期 ２０１７年８月 光学精密工程 ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１７ 收稿日期：２０１６‐０８‐２６；修订日期：２０１６‐１１‐１４． 基金项目：国家自然基金资助项目（Ｎｏ．Ｙ５Ｄ１３ＪＪ１６０）文章编号 １００４‐９２４Ｘ（２０１７）０８‐２０９８‐０８ 空间光学载荷探测器组件抗冲击隔振设计 王忠素１，２，吴清文１，郭权峰１，郭 亮１，江 帆１，倡，王国强３ （１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３； ２．中国科学院大学研究生院，北京１０００３９；３．吉林大学，吉林长春１３００２２） 摘要：针对广角极光成像仪整机Ｚ向冲击试验后探测器损坏的问题，提出在镜头组件与头部框架间设置隔振器的解决方法。首先，确定隔振方案为被动局部隔振；然后，从材料、刚度和安装方式等方面完成金属橡胶隔振器的设计。接着，运用有限元方法对结构进行模态分析和冲击载荷响应仿真分析。最后，对广角极光成像仪整机产品进行了力学实验，实验结果与仿真分析结果一致。实验结果显示：安装隔振器后，探测器位置测点的正弦振动加速度响应最大降低了２６．２％，随机振动加速度响应最大降低了７２％，冲击加速度响应最大降低了４８％，说明该隔振器具有显著的减振效果。在实验完成后对产品进行检测，发现产品并无异常，说明结构设计满足要求。 关 键 词：广角极光成像仪；整机；探测器组件；金属橡胶隔振器；冲击载荷；减振 中图分类号：ＴＰ３９４．１；ＴＨ６９１．９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１７２５０８．２０９８ Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｔｉ‐ｓｈｏｃｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｆｏｒｄｅｔｅｃｔｏｒｍｏｄｕｌｅｏｆｓｐａｃｅｏｐｔｉｃｓｌｏａｄ ＷＡＮＧＺｈｏｎｇ‐ｓｕ１，２，ＷＵＱｉｎｇ‐ｗｅｎ１，ＧＵＯＱｕａｎ‐ｆｅｎｇ１，ＧＵＯＬｉａｎｇ１，ＪＩＡＮＧＦａｎ１，倡，ＷＡＮＧＧｕｏ‐ｑｉａｎｇ３ （１．ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓ，ＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ， ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００３３，Ｃｈｉｎａ； ２．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９， Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２，Ｃｈｉｎａ） 倡Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ‐ｍａｉｌ：ｇｈｏｌｅｔｈｅ＠１２６．ｃｏｍ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｓｅｔｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒｂｅｔｗｅｅｎｌｅｎｓｍｏｄｕｌｅａｎｄｈｅａｄｆｒａｍｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏａｖｏｉｄｄａｍａｇｅｏｆｄｅｔｅｃｔｏｒａｆｔｅｒＺ‐ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｈｏｃｋｔｅｓｔｉｎｗｈｏｌｅｍａｃｈｉｎｅｏｆｗｉｄｅａｎｇｌｅａｕｒｏｒａｉｍａｇｅｒ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｓｐａｓｓｉｖｅｌｏｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｔｈｅｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｍｅｔａｌｒｕｂｂｅｒｗａｓａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄｉｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｔｉｏｎ，ｒｉｇｉｄｉｔｙｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｗａｙｄｅｓｉｇｎ，ｅｔｃ．Ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｈｏｃｋｌｏａｄｒｅｓｐｏｎｓｅｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｅｓｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｗｈｏｌｅｍａｃｈｉｎｅｐｒｏｄｕｃｔｏｆｗｉｄｅａｎｇｌｅａｕｒｏｒａｉｍａｇｅｒ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓａｍｅａｓｓｉｍｕｌａ‐ｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｏｉｎｔｏｆｄｅｔｅｃｔｏｒｒｅｄｕｃｅｓｂｙ２６．２％ｍａｘｉｍａｌｌｙａｆｔｅｒｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｏｌａｔｏｒ，ａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｒａｎｄｏｍｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｄｕｃｅｓｂｙ７２％ｍａｘｉｍａｌｌｙ，ａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｓｈｏｃｋｒｅｄｕｃｅｓｂｙ４８％万方数据
光测法 cjzwhut@https://www.doczj.com/doc/841303898.html,
大纲 n概述 n光学基础知识n光弹性原理n平面光弹性n光弹性材料n三向光弹性n光弹性贴片法n光弹性散光法n云纹法 n全息干涉法n散斑干涉法n云纹干涉法n焦散线法
参考书目 n计欣华，邓宗白，鲁阳等。工程实验力学（第二版）。北京：机械工业出版社，2010。 n戴福隆，沈观林，谢惠民。实验力学。北京：清华大学出版社，2010。
n佟景伟，李鸿琦。光力学原理及测试技术。北京：科学出版社，2009。 n王开福，高明慧，周克印。现代光测力学技术。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009。
n盖秉政。实验力学。哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006。 n云大真，于万明著。结构分析光测力学。大连：大连理工大学出版社，1996 。 n赵清澄。光测力学教程。北京：高等教育出版社，1996。 n阮孟光。光测力学。北京：北京航空航天大学出版社，1995。 n戴福隆等。现代光测力学。北京：科学出版社，1990。 n金观昌。计算机辅助光学测量。北京：清华大学出版社，2007。n天津大学材料力学教研室光弹组。光弹性原理及测试技术。北京：科学出版社，1980。 n Frocht M M.Photoelasticity ( Ⅰ).New York:John Wiley & Sons,Inc.,1941。 n Frocht M M.Photoelasticity( Ⅱ).New York:John Wiley & Sons,Inc.,1948。
1、概述 n什么是光测法 n光测法是如何发展的 n光测法有何特点 n有哪些光测方法及其应用
自由曲面在空间光学中的应用 在当今的生活中，自由曲面（Free-form）扮演着越来越重要的角色。如汽车车身、飞 机机翼和轮船船体的曲线和曲面都是自由曲面。到底什么是自由曲面？简单来讲，在工业上我们认为就是不能用初等解析函数完全清楚的表达全部形状，需要构造新的函数来进行研究；在光学系统中，光学自由曲面没有严格确切的定义，通常是指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。在我们的日常生活中，打印机、复印机以及彩色CRT中都会用到光学自由曲面。鉴于光学自由曲面在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，所以，以下就自由曲面在空间光学方面的情况进行了调研。 一、自由曲面简介 光学自由曲面没有严格确切的定义，通常指无法用球面或者非球面系数来表示的光学曲面，主要是指非旋转对称的曲面或者只能用参数向量来表示的曲面。光学自由曲面已经渗透到我们生活中的各个角落，如能改善人类视觉质量的渐进多焦点眼镜，就是自由曲面技术在眼用光学镜片中的成功应用。 自由曲面光学镜片主要有两种：一是自然形成的曲面；二是人工形成的曲面。人工形成的自由曲面又分为一次成型和加工成型两种形式。 二、自由曲面运用的原因 空间遥感光学系统是在离地200km（低轨卫星）以上的轨道对地面目标或空间目标进 行光学信息获取，具有遥感成像距离远的特点。如何在几百公里遥感距离下获得较高分辨率的同时保证较宽的成像幅宽是推动空间遥感光学不断发展的源动力。 光学系统的入瞳直径是决定空间相机地面像元分辨率的主要因素之一，在一定F／＃的前提下，入瞳直径越大，空间相机地面像元分辨率越高。但入瞳直径的增加，意味着所有与孔径相关的像差增加。受空间环境中力学、热学、压力等因素的制约，当入瞳直径增大到一定程度（通常200mm以上），光学系统一般采用反射式或折反射式方案。为了简化光学系统形式，仅采用球面镜是无法平衡由于入瞳直径增加而剧增的像差，然而通过运用自由曲面的应用，可以解决像差增大的问题。由于自由曲面光学元件具有非对称结构形式，能够提供灵活的空间布局，拓展了优化自由度，提升了光学系统的像差平衡能力，从而显著改善了光
文章编号!""#$%&#’（&""(）"!$""))$"# 宽覆盖、离轴空间相机光学系统的设计 常军!，翁志成!，姜会林&，丛小杰! （!*中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，吉林长春!(""&&； &*长春理工大学，吉林长春!(""&&） 摘要：当前空间相机的光学系统的要求是：在多光谱范围内，系统要有高分辨率、大视场、小体积、质量轻 且像面为平像场，+,-（+./0012//3/4546728147）可以满足上述要求。为此给出了这方面的设计，所研究的 +,-系统三个反射面都是二次曲面，将主镜和第三镜离轴放置，避免中心遮拦的影响，系统的视场可达 到)9:"*&9，焦距为;1，像质接近衍射极限。 关键词：高分辨率；空间相机 中图分类号：+<="(文献标识码：- !引言 目前，在空间对地观测遥感领域中，无论是军事还是民用领域都在努力发展高分辨力的空间相机，并要求相机在多光谱条件下，具有大视场、高分辨率、体积小、无色差、平像场。当工作轨道高度和探测器尺寸一定时，增大焦距，可以提高对地面像元的分辨率。但是，焦距增大时，系统尺寸也将随着增大，体积大对航空和航天产品非常不利。对于长焦距光学系统，折射系统和折反系统存在二级光谱，不易校正［!］；反射系统不产生色差，无二级光谱，使用波段范围宽，而且孔径可以做得较大，宜于轻量化，在抗热性能方面有较强的优势，而且通过使用非球面来校正像差，可以使结构简单，像质优良。目前已有学者在这方面做了不少工作［&$;］。最常用的卡氏系统也同样具有上述优点，但其视场小，且存在残余场曲；同轴的三镜消像散反射系统（+,-）由于中心遮拦的影响，减少了进入系统的能量，降低了系统的传函值。离轴+,-避免了中心遮拦，传函值可做到较高。本文探讨一种离轴+,-，系统焦距为;1，视场可达到)9:"*&9，对地面有较大的覆盖范围，且筒长较短，成像质量接近衍射极限。"光学系统分析 在无像差光学系统中或者系统的像差足够小时，光学系统口径的衍射决定了系统的最高分辨率。衍射对系统分辨率的影响由艾利斑直径!来表征： !" &###!$ % ，（!） 其中：!为波长，$为光学系统焦距，%为光学系统口径。 光学系统的成像质量最好能做到衍射极限，即像斑直径最小为衍射极限。系统焦距$与探测器单元尺寸"有如下的关系： $ & ’"" ，（&） 式中：’为卫星轨道高度，&为地面线分辨率。 地面覆盖宽度： ("&?’?745#，（(）式中：(为地面覆盖宽度，#为系统的半视场角。由上式可知，在波长、卫星高度和探测器尺寸"确定后，空间分辨率与光学系统相对孔径有关，当光学系统口径一定时，在相同的轨道高度条件下，增大焦距可以提高地面分辨率，增大系统的视 收稿日期：&""&$")$"#；修订日期：&""&$!"$("* 基金项目：国家自然科学基金项目（>3*;%%=?"&"）万方数据
收稿日期：2011-04-24 基金项目：国家863计划（2008AA121203）资助。 高精度卫星光学遥感器辐射定标技术 郑小兵1,2 （1中国科学院通用光学定标和表征技术重点实验室，合肥230031） （2中国科学院安徽光学精密机械研究所光学遥感中心，合肥230031） 摘要随着长期气候变化等观测新需求和高分辨对地观测等新手段的发展，空间光学仪器面临进一步提高辐射定标精度的要求。文章从空间光学仪器定标精度的制约因素和全过程定标的实现等方面，分析了国际相关领域的技术进展，并就新型定标技术的研究和应用提出建议与展望。 关键词辐射定标光学遥感卫星 中图分类号：V443+.5 文献标识码：A 文章编号：1009-8518(2011)05-0036-08High-Accuracy Radiometric Calibration of Satellite Optical Remote Sensors Zheng Xiaobing （1Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization,Chinese Academy of Sciences ，Hefei 230031，China ） （2Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences ，Hefei 230031，China ） Abstract Climate change monitoring and high resolution earth observation demand higher accuracy of abso -lute calibration for space optical sensors.This paper briefly discusses the progress and constrained factors of cur -rent radiometric calibration techniques.New calibration approaches and instrumentations such as hyperspectral and spectrally tunable reference light sources,and global calibration site network are introduced,and their ap -plications are suggested. Key words Radiometric calibration Optical remote sensing Satellite 1引言 光学辐射定标主要研究光辐射传感器的输出与已知的、用SI 单位表述的输入光辐射之间的定量关系，包括各种光辐射效应的定量化、光辐射的精确测量及其不确定度评估，光辐射传感器的综合特性表征，以及光辐射传感器的工作条件对其性能影响的评估等方面的内容。 光辐射是光学遥感信息的基本载体。各种平台上光学传感器的几何和光谱分辩能力都与其光辐射的准确测量能力直接相关。辐射定标在空间对地观测观测过程中所发挥的主要作用表现为： 1）实现各类光学传感器从预研－工程研制－在轨运行的全过程定标，保证传感器的精度能够满足应用需求； 2）统一不同平台、不同传感器的辐射量化标准，使不同时间、空间条件下获得的遥感信息可以比对、转换和融合； 3）通过动态监测，校正传感器的性能衰变，修正大气、照明条件、环境变化等对测量结果的影响，保证测第32卷第5期 2011年10月 航天返回与遥感SPACECRAFT RECOVERY &REMOTE SENSING 36
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摘要说明— 红外技术主要应用物体的红外辐射进行探测和识别，在军事上有 广泛应用，目前前沿应用领域主要为红外跟踪和制导技术、红外夜视 技术和红外遥感技术等。激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点，其在军事领域的前沿应用包括激光制导技术、激光通信技术、战 术激光武器等。在微光、红外、激光等光电子技术发展的基础上，为 了满足作战使用和科研试验的要求，军事领域主要发展了光学遥感技术、光电制导技术、光电跟踪测量技术、光电对抗技术等光电综合应 用技术。 军事领域是目前“高、精、尖”光学技术应用最为广泛、深入的 领域，涵盖了从紫外到红外全部电磁波波段，以及从光的产生、传输、探测、处理到光与物质的相互作用等光学技术应用。按工作原理和技 术发展，军事领域光学技术应用通常可分为：光学仪器、微光夜视技术、红外技术、激光技术和光电综合应用技术等几大类，其中红外技术、激光技术和光电综合应用技术是目前军事领域高端光学技术的最 前沿应用。 光学行业是当代信息技术、新材料、生命科学、生物医药、资源 环境等重点发展领域的重要支撑，目前已经深入国民社会和经济的各 个领域，并已成为当今前沿科技发展不可或缺的关键环节。光学系统
在空间探索、航空航天、国防军工、高端仪器与装备等领域作为关键 的功能器件，是许多技术创新和应用的前沿阵地，相应带动了新材料、新技术、新工艺、新装备的创新发展，相关的支撑科学与技术主要包 括新型光学理论、先进光学设计方法、光学材料与加工技术等。 该光学组件项目计划总投资17374.87万元，其中：固定资产投资14322.35万元，占项目总投资的82.43%；流动资金3052.52万元，占项目 总投资的17.57%。 达产年营业收入24539.00万元，总成本费用18434.06万元，税金及 附加302.48万元，利润总额6104.94万元，利税总额7249.48万元，税后 净利润4578.70万元，达产年纳税总额2670.77万元；达产年投资利润率35.14%，投资利税率41.72%，投资回报率26.35%，全部投资回收期5.29年，提供就业职位464个。 坚持“实事求是”原则。项目承办单位的管理决策层要以求实、科学 的态度，严格按国家《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）的要求，在全面完成调查研究基础上，进行细致的论证和比较，做到技术先进、可靠、经济合理，为投资决策提供可靠的依据，同时，以客观公正立场、科 学严谨的态度对项目的经济效益做出科学的评价。 基本情况、项目背景、必要性、项目市场分析、项目规划方案、项目 选址科学性分析、土建工程研究、工艺概述、项目环境影响情况说明、项