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空间超光谱成像仪前置光学系统补偿调焦研究

作　者: 张益茬
导　师: 刘伟
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 超光谱成像仪离轴三反望远镜离焦有限元法热光学试验
分类号: TH743
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

论文阐述了空间超光谱成像仪前置光学系统的离焦现象,分析了离焦原因,介绍了前置光学系统像面随温度漂移规律的研究方法——有限元仿真技术和环境模拟仿真试验,并给出了研究结果——温度调焦曲线。论文的主要研究内容包括:1.运用有限元仿真技术模拟离轴三反望远镜的热弹性变形,将得到的其在多个温度载荷下的热响应用光机接口软件进行处理,并将处理后的数据导入光学系统进行分析计算,探明了离轴三反望远镜的热光学特性,预测了望远镜在各温度条件下的离焦量;2.根据补偿调焦的需要,设计选用了一套精密调焦系统,并进行了相关的测试和试验;3.运用有限元仿真技术模拟了整个前置光学系统的热弹性变形,将前置光学系统在各个温度水平下的热响应也用光机接口软件处理后导入光学系统,计算得到了前置光学系统的理论离焦量,获得了相应的补偿调焦量;4.开展了热光学试验,根据有限元仿真结果迅速找到了前置光学系统在各个温度下的最佳焦面位置,得到了各温度下的补偿调焦量,修正有关参数后,给出了温度调焦曲线及其表达式。研究表明,超光谱成像仪前置光学系统在温度波动下的像面漂移量与温度近似成线性关系,当温度波动超过4℃时,离焦量超过许用范围,必须进行补偿调焦。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-24
  1.1 引言  12
  1.2 空间超光谱成像仪概述  12-17
    1.2.1 超光谱成像仪的基本概念  12-13
    1.2.2 超光谱成像仪的成像原理  13-15
    1.2.3 超光谱成像仪的应用和发展  15-17
  1.3 温度波动对空间超光谱成像仪的影响  17-18
  1.4 空间超光谱成像仪的离焦与调焦  18-20
    1.4.1 超光谱成像仪的离焦  18-19
    1.4.2 超光谱成像仪的补偿调焦  19-20
  1.5 研究工作简介  20-24
    1.5.1 研究课题来源  20-21
    1.5.2 研究目的  21
    1.5.3 研究方法  21-22
    1.5.4 研究内容  22-24
第2章望远镜系统热光学特性分析  24-45
  2.1 引言  24
  2.2 离轴三反望远镜系统简介  24-26
  2.3 望远镜热弹性变形模型  26-29
    2.3.1 理论假设与简化  26-27
    2.3.2 有限元模型单元构造  27-28
    2.3.3 位移边界条件  28
    2.3.4 温度载荷设置  28-29
  2.4 热弹性分析计算  29-35
  2.5 面型拟合  35-39
    2.5.1 Zernike 多项式拟合  35-37
    2.5.2 拟合结果  37-39
  2.6 离焦量预测与补偿调焦验证  39-45
    2.6.1 镜面位移求解  39-42
    2.6.2 离焦量计算  42-43
    2.6.3 补偿调焦验证  43-45
第3章调焦系统的设计  45-56
  3.1 引言  45
  3.2 补偿调焦方案  45-46
    3.2.1 调焦镜的选定  45-46
    3.2.2 调焦方式的确定  46
  3.3 调焦系统的组成  46-47
  3.4 调焦系统的工作原理  47-48
  3.5 调焦系统的设计  48-52
    3.5.1 调焦量的确定  48-49
    3.5.2 调焦机构的选定与设计  49-51
    3.5.3 调焦灵敏度  51-52
  3.6 调焦系统的测试  52-56
    3.6.1 调焦系统的力学测试  52-53
    3.6.2 调焦系统的精度测试  53-56
第4章前置光学系统“像面-温度”特性分析  56-67
  4.1 引言  56
  4.2 热弹性变形模型扩建  56-58
    4.2.1 前置光学系统结构简化  56-57
    4.2.2 前置光学系统有限元模型建立  57-58
  4.3 前置光学系统热弹性分析计算  58-62
  4.4 光机数据转换  62-65
  4.5 补偿调焦量与温度调焦特性曲线  65-67
第5章热光学试验  67-73
  5.1 引言  67
  5.2 试验目的  67-68
  5.3 试验原理与装置  68-69
    5.3.1 试验原理  68
    5.3.2 试验装置  68-69
  5.4 试验内容  69-71
    5.4.1 试验准备  69-70
    5.4.2 试验工况设置  70-71
    5.4.3 试验操作步骤  71
  5.5 试验结果  71-73
第6章研究结果与研究展望  73-74
  6.1 研究结果  73
  6.2 研究展望  73-74
参考文献  74-78
在学期间学术成果情况  78-79
指导教师及作者简介  79-80
致谢  80

空间超光谱成像仪前置光学系统补偿调焦研究

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