离轴四反系统的计算机辅助装调技术研究
发布时间：2021-01-13 17:07
随着空间技术的发展,相关光学系统的设计日益复杂,其中离轴反射系统是典型代表,对其加工装调的精度要求也不断提高,在传统手段不能有效的完成装调任务的情况下,计算机辅助装调技术应运而生。本文首先介绍了空间遥感光学系统及相关计算机辅助装调技术的国内外发展现状,总结了常见的计算机辅助装调中构建失调量与像差关系的数值模型,利用光学设计软件逆向优化仿真装调了离轴三反和离轴四反光学系统。设计了Wetherell式和Cook式离轴三反,在Cook式系统基础上插入折叠反射镜构成离轴四反系统,达到光学系统更紧凑目的;从结构和成像质量方面对光学系统进行比较分析。光学系统的像差信息通过自准直干涉测量得到,波前拟合最终以泽尼克系数的形式给出;在光学设计软件中,评价函数的构建也是通过泽尼克系数;根据系统是否旋转对称,分别推导了圆形光瞳下的泽尼克多项式。分析灵敏度矩阵法的弊端,即采用线性近似导致算法只有在失调量较小的情况才收敛;逆向优化法通过理想系统和失调系统的泽尼克系数构建评价函数,常规优化和锤形优化实现在较大失调时也可快速收敛求解。利用逆向优化法对焦距1500mm的Wetherell式一次成像离轴三反系统和基于C...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 计算机辅助装调研究背景及意义
1.2 国内外计算机辅助装调发展现状
1.3 论文的主要研究内容
第2章 离轴反射系统的研究
2.1 航空航天相机的类型及特点
2.1.1 折射式光学系统
2.1.2 折反式光学系统
2.1.3 反射式光学系统
2.2 常见的两种离轴三反系统
2.3 离轴三反射系统的设计
2.3.1 同轴初始结构的求解
2.3.2 Wetherell离轴系统的设计
2.3.3 Cook式二次成像系统
2.3.4 两种系统像质评价
2.4 基于Cook式的离轴四反的设计
2.5 小结
第3章 泽尼克多项式与波前拟合
3.1 泽尼克多项式展开
3.1.1 含圆形光瞳旋转对称系统的像差函数
3.1.2 含圆形光瞳而不含旋转对称轴的像差函数
3.2 初阶泽尼克像差及其与赛德尔像差的关系
3.3 利用离散波前误差数据计算泽尼克系数
3.3.1 正交系数和像差变量
3.3.2 正交多项式
3.3.3 泽尼克系数
3.4 FRINGE泽尼克多项式
3.5 小结
第4章 计算机辅助装调理论
4.1 灵敏度矩阵法
4.1.1 数学模型
4.1.2 超定方程求解
4.2 逆向优化法
4.2.1 评价函数的构成
4.2.2 常规优化算法和局部最优解
4.2.3 全局优化和锤形优化算法
4.3 ZPL宏语言
4.4 误差源
4.5 小结
第5章 光学系统仿真装调
5.1 装调公差的分配
5.2 Wetherell式光学系统仿真装调
5.2.1 无误差情况下装调
5.2.2 误差情况下装调
5.3 离轴四反光学系统仿真装调
5.3.1 无误差情况下装调
5.3.2 误差情况下装调
5.4 小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 不足与展望
参考文献
在学期间学术成果情况
指导教师及作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的灵敏度矩阵法在离轴望远镜装调中的应用[J]. 顾志远,颜昌翔,李晓冰,胡春晖,王洋. 光学精密工程. 2015(09)
[2]一种高分辨力空间相机的光学设计[J]. 王孝坤. 光学学报. 2015(01)
[3]灵巧型离轴三反光学系统设计[J]. 李岩,张葆,洪永丰. 应用光学. 2014(03)
[4]离轴自由曲面三镜反射系统的装调技术[J]. 王超,张新,王灵杰,张建萍,张继真. 光学学报. 2013(12)
[5]紧凑型四反射镜光学系统设计[J]. 陈建发,王合龙,刘欣,潘枝峰. 电光与控制. 2012(12)
[6]国外先进航空光电载荷的进展与关键技术分析[J]. 沈宏海,黄猛,李嘉全,刘晶红,戴明,贾平. 中国光学. 2012(01)
[7]主次镜系统的计算机辅助装调[J]. 孙敬伟,陈涛,王建立,杨飞. 光学精密工程. 2010(10)
[8]利用Zernike系数对离轴三反射系统进行计算机辅助装调[J]. 巩盾,田铁印,王红. 光学精密工程. 2010(08)
[9]折轴三反射光学系统的计算机辅助装调技术研究[J]. 李旭阳,李英才,马臻,易红伟. 应用光学. 2009(06)
[10]高分辨力空间相机的光学系统研究[J]. 韩昌元. 光学精密工程. 2008(11)
博士论文
[1]基于CGH的非球面混合补偿检测及离轴光学系统装调的关键技术研究[D]. 李明.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]离轴反射光学系统计算机辅助装调技术研究[D]. 庞志海.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[3]偏轴光学系统矢量像差理论研究[D]. 任百川.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
硕士论文
[1]两镜系统计算机辅助装调研究[D]. 孔小辉.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2010
本文编号：2975246
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 计算机辅助装调研究背景及意义
1.2 国内外计算机辅助装调发展现状
1.3 论文的主要研究内容
第2章 离轴反射系统的研究
2.1 航空航天相机的类型及特点
2.1.1 折射式光学系统
2.1.2 折反式光学系统
2.1.3 反射式光学系统
2.2 常见的两种离轴三反系统
2.3 离轴三反射系统的设计
2.3.1 同轴初始结构的求解
2.3.2 Wetherell离轴系统的设计
2.3.3 Cook式二次成像系统
2.3.4 两种系统像质评价
2.4 基于Cook式的离轴四反的设计
2.5 小结
第3章 泽尼克多项式与波前拟合
3.1 泽尼克多项式展开
3.1.1 含圆形光瞳旋转对称系统的像差函数
3.1.2 含圆形光瞳而不含旋转对称轴的像差函数
3.2 初阶泽尼克像差及其与赛德尔像差的关系
3.3 利用离散波前误差数据计算泽尼克系数
3.3.1 正交系数和像差变量
3.3.2 正交多项式
3.3.3 泽尼克系数
3.4 FRINGE泽尼克多项式
3.5 小结
第4章 计算机辅助装调理论
4.1 灵敏度矩阵法
4.1.1 数学模型
4.1.2 超定方程求解
4.2 逆向优化法
4.2.1 评价函数的构成
4.2.2 常规优化算法和局部最优解
4.2.3 全局优化和锤形优化算法
4.3 ZPL宏语言
4.4 误差源
4.5 小结
第5章 光学系统仿真装调
5.1 装调公差的分配
5.2 Wetherell式光学系统仿真装调
5.2.1 无误差情况下装调
5.2.2 误差情况下装调
5.3 离轴四反光学系统仿真装调
5.3.1 无误差情况下装调
5.3.2 误差情况下装调
5.4 小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 不足与展望
参考文献
在学期间学术成果情况
指导教师及作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进的灵敏度矩阵法在离轴望远镜装调中的应用[J]. 顾志远,颜昌翔,李晓冰,胡春晖,王洋. 光学精密工程. 2015(09)
[2]一种高分辨力空间相机的光学设计[J]. 王孝坤. 光学学报. 2015(01)
[3]灵巧型离轴三反光学系统设计[J]. 李岩,张葆,洪永丰. 应用光学. 2014(03)
[4]离轴自由曲面三镜反射系统的装调技术[J]. 王超,张新,王灵杰,张建萍,张继真. 光学学报. 2013(12)
[5]紧凑型四反射镜光学系统设计[J]. 陈建发,王合龙,刘欣,潘枝峰. 电光与控制. 2012(12)
[6]国外先进航空光电载荷的进展与关键技术分析[J]. 沈宏海,黄猛,李嘉全,刘晶红,戴明,贾平. 中国光学. 2012(01)
[7]主次镜系统的计算机辅助装调[J]. 孙敬伟,陈涛,王建立,杨飞. 光学精密工程. 2010(10)
[8]利用Zernike系数对离轴三反射系统进行计算机辅助装调[J]. 巩盾,田铁印,王红. 光学精密工程. 2010(08)
[9]折轴三反射光学系统的计算机辅助装调技术研究[J]. 李旭阳,李英才,马臻,易红伟. 应用光学. 2009(06)
[10]高分辨力空间相机的光学系统研究[J]. 韩昌元. 光学精密工程. 2008(11)
博士论文
[1]基于CGH的非球面混合补偿检测及离轴光学系统装调的关键技术研究[D]. 李明.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]离轴反射光学系统计算机辅助装调技术研究[D]. 庞志海.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2013
[3]偏轴光学系统矢量像差理论研究[D]. 任百川.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
硕士论文
[1]两镜系统计算机辅助装调研究[D]. 孔小辉.中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) 2010
本文编号：2975246
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