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离轴三反光学遥感器遮光罩的设计与试验验证

齐光,王书新,李景林,焦爱祥

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齐光, 王书新, 李景林, 焦爱祥. 离轴三反光学遥感器遮光罩的设计与试验验证[J]. , 2016, 9(4): 472-482. doi: 10.3788/CO.20160904.0472
引用本文: 齐光, 王书新, 李景林, 焦爱祥. 离轴三反光学遥感器遮光罩的设计与试验验证[J]. , 2016, 9(4): 472-482.doi:10.3788/CO.20160904.0472
QI Guang, WANG Shu-xin, LI Jing-lin, JIAO Ai-xiang. Design and test verification of baffle for off-axis three-mirror space optical remote sensor[J]. Chinese Optics, 2016, 9(4): 472-482. doi: 10.3788/CO.20160904.0472
Citation: QI Guang, WANG Shu-xin, LI Jing-lin, JIAO Ai-xiang. Design and test verification of baffle for off-axis three-mirror space optical remote sensor[J].Chinese Optics, 2016, 9(4): 472-482.doi:10.3788/CO.20160904.0472

离轴三反光学遥感器遮光罩的设计与试验验证

doi:10.3788/CO.20160904.0472
基金项目:

国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目No.863-2-5-1-13B

详细信息
    通讯作者:

    齐光(1981-),男,吉林白城人,硕士,助理研究员,2005年于天津大学获得学士学位,2015年于吉林大学获得硕士学位,主要从事空间光学仪器光机结构设计方面的研究。E-mail:ygwx01@163.com

  • 中图分类号:V445.8;TH16

Design and test verification of baffle for off-axis three-mirror space optical remote sensor

Funds:

National High-tech R & D Program of ChinaNo.863-2-5-1-13B

More Information
  • 摘要:遮光罩是空间光学遥感器的重要组成部分,是抑制空间光学遥感器杂散光的首要措施。遮光罩削弱杂散光效果的好坏直接影响到光学遥感器光学系统的成像品质。本文设计了一种满足离轴三反空间光学遥感器要求的大尺寸碳纤维/环氧复合材料遮光罩,并结合有限元分析、杂散光分析及力学试验、光学系统传递函数检测手段来验证该遮光罩是否满足航天使用要求。结果显示,各视场光学系统传递函数检测结果基本一致,均在0.2以上。表明该大尺寸遮光罩具备良好的结构的稳定性、可靠性,能够满足空间应用要求。

  • 图 1遮光罩结构模型

    Figure 1.Model of baffle structure

    图 2遮光罩与主支撑框架联接简图

    Figure 2.Conjunction of the baffle and supporting frame

    图 3遮光罩与主支撑框架有限元模型

    Figure 3.FEM model of the baffle and supporting frame

    图 4遮光罩前三阶振型图

    Figure 4.First 3rdorder modes shapes

    图 5加速度响应曲线

    Figure 5.Acceleration response curve

    图 6应力变形云图

    Figure 6.Stress contour diagram

    图 7位移变形云图

    Figure 7.Displacement contour diagram

    图 8框架4 ℃温度变形

    Figure 8.Supporting frame′s displacement contours for 4 ℃ temperature change

    图 9遮光罩装配后框架4 ℃温度变形

    Figure 9.Supporting frame′s displacement contours for 4 ℃ temperature change with baffle

    图 101 g重力作用下主支撑框架X方向变形

    Figure 10.Supporting frame′s displacement contours inX-direction under 1 g gravity

    图 11遮光罩装配后1 g重力作用下主支撑框架X方向变形

    Figure 11.Supporting frame′s displacement contours inX-direction under 1 g gravity with baffle

    图 12Tracepro杂散光分析模型

    Figure 12.Stray light analyse model by Tracepro

    图 13BRDF模型中的参数

    Figure 13.Parameters of BRDF model

    图 14X方向PST曲线

    Figure 14.PST curve inXdirection

    图 15Y方向PST曲线

    Figure 15.PST curve inYdirection

    图 16遮光罩、支撑框架联接后与振动试验台联接状态

    Figure 16.Conjunction state of baffle and supporting frame on the vibration test bench

    图 17X方向振动试验前0.2 g特征值扫描曲线

    Figure 17.0.2 g eigenvalue scanning frequency response inXdirection acceleration before vibration test

    图 18X方向正弦振动加速度响应曲线

    Figure 18.Response curves inXdirection acceleration under sinusoidal vibration

    图 19X方向振动试验后0.2 g特征值扫描曲线

    Figure 19.0.2 g eigenvalue scanning frequency response inXdirection acceleration after vibration test

    图 20X方向正弦振动加速度响应曲线

    Figure 20.Response curves ofXdirection acceleration

    图 21热真空光学检测试验

    Figure 21.Thermal vacuum imaging test

    表 1遮光罩前3阶自然频率及振型描述

    Table 1.1st-3rdorder natural frequencies and vibration modes shapes

    阶数 Fn(Hz) 振型描述
    1 83.8 遮光罩上板前端居中位置沿Z轴向平动
    2 159.5 遮光罩上板前端居中位置绕Y轴方向摆动
    3 183.1 遮光罩上板前端居中位置绕X轴方向摆动
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    表 2遮光罩装配前后1 g重力作用下主支撑框架变形结果

    Table 2.Supporting frame′s displacement results under 1 g gravity with and without baffle

    重力方向 装配前/μm 装配后/μm 差值/μm
    X 4.060 4.160 +0.1
    Y 4.544 4.565 +0.02
    Z 9.417 10.29 +0.87
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    表 3遮光罩动力学试验结果

    Table 3.Mechanical vibration test results of the baffle

    0.2g正弦扫频 谐振频率/Hz 正弦振动 0.2g正弦扫频 谐振频率/Hz
    响应加速度/g 放大倍率
    X 189.22 5.73 1.64 188.73
    Y 176.45 6.16 1.76 175.99
    Z 479.21 3.66 1.04 479.21
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    表 4遮光罩力学试验前后传函检测数据

    Table 4.MTF results before and after mechanical vibration test of baffle

    测量状态 CCD1 CCD2 CCD3 CCD4 CCD5 CCD6
    CTF 0.292 0.291 0.293 0.292 0.291 0.299
    MTF 0.229 0.229 0.230 0.229 0.229 0.235
    CTF 0.283 0.296 0.297 0.292 0.296 0.294
    MTF 0.223 0.233 0.233 0.229 0.232 0.231
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    表 5遮光罩热真空试验前后传函检测数据

    Table 5.MTF results before and after thermal vacuum test of baffle

    测量状态 CCD1 CCD2 CCD3 CCD4 CCD5 CCD6
    热真空前 CTF 0.298 0.302 0.295 0.293 0.297 0.295
    MTF 0.235 0.237 0.232 0.230 0.233 0.231
    热真空后 CTF 0.286 0.296 0.300 0.295 0.300 0.292
    MTF 0.225 0.232 0.235 0.231 0.236 0.230
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    表 6遮光罩热光学传函检测数据

    Table 6.MTF results in the thermal vacuum imaging test of baffle

    测量状态 CCD1 CCD2 CCD3 CCD4 CCD5 CCD6
    16 ℃ CTF 0.269 0.273 0.272 0.281 0.269 0.267
    MTF 0.211 0.214 0.213 0.221 0.211 0.209
    20 ℃ CTF 0.268 0.273 0.270 0.278 0.271 0.263
    MTF 0.211 0.214 0.212 0.218 0.213 0.207
    24 ℃ CTF 0.264 0.268 0.271 0.279 0.264 0.264
    MTF 0.207 0.211 0.213 0.219 0.207 0.207
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出版历程
  • 收稿日期:2016-03-03
  • 修回日期:2016-04-27
  • 刊出日期:2016-08-01

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