灵巧视频相机结构设计及其稳定性研究

发布时间：2017-11-22 20:00

  本文关键词：灵巧视频相机结构设计及其稳定性研究

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【摘要】：随着结构一体化设计、空间即插即用、电子设备集成化、面阵成像等空间技术的发展,具有持续观测能力的微小卫星成为对地观测卫星发展的重要方向。视频微小卫星大多通过在低轨道进行星座部署的方式来获得长时间、大范围的对地观测能力。随着卫星数量的增多可以实现近实时和全球的目标观测能力。这就要求卫星不仅视频拍摄能力好,还要重量轻、结构简单便于加工和装调、适合批量生产,以便降低卫星的生产成本和发射成本,降低卫星组网的费用。然而卫星面对的发射环境不同,在设计时需要保证卫星的结构足够稳定,并留有足够的余量,以便适应多种发射情况。这使得结构稳定性与卫星成本之间的矛盾变得尤为突出。空间相机的光学性能与相机的热学环境和结构稳定性有着密切的关系。因此,对相机结构的稳定性进行研究具有重要的意义。本文以灵巧视频卫星的光学遥感器作为研究对象。根据相机重量轻、成本低、结构稳定性高、适合批量化生产的特点,对灵巧视频相机的结构及其稳定性进行了研究。首先,进行了空间相机主承力结构的研究。根据灵巧视频相机的特点,设计了三种主承力结构的方案,通过重量、基频和结构复杂程度的对比选择了三杆桁架主承力结构的设计方案。然后,对该方案的桁架杆进行优化设计,通过使用不同截面形状和倾角的杆,分析结构的性能,最终确定了灵巧视频相机主承力结构的方案。然后,对灵巧视频相机进行了静力学和动力学分析,得到了重力对相机结构的影响,以及相机结构在动力学分析中的响应大小。以此为参考,对灵巧视频相机模样和灵巧视频卫星模样进行了振动试验,并根据振动试验的结果和设计要求,提出了对灵巧视频相机进行整机减振的设计要求。其次,根据灵巧视频相机的特点,对三种减振结构进行对比分析后,选用硅橡胶减振垫完成减振结构的设计。通过对减振结构的特性进行理论计算确定了系统的Z向基频范围,对硅橡胶减振垫的参数进行了初步的选择。根据力学实验测得的减振垫参数,进行动力学分析和振动试验,最终选择合适型号的减振垫。试验结果表明:减振结构的减振效果明显,满足设计要求。最后,进行了灵巧视频相机各组件的热敏感性分析,得到了温度载荷对光学性能的影响。通过真空热光学试验,验证了灵巧视频相机在模拟的空间热环境下的成像能力。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V445.8

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本文编号：1215845