微小视频卫星光学系统设计与杂散光分析

发布时间：2017-09-26 23:36

  本文关键词：微小视频卫星光学系统设计与杂散光分析

  更多相关文章： 两镜折反式光学系统 类曼金反射镜 轴向梯度折射率透镜 光学设计 遮光系统设计

【摘要】：视频卫星一种新型对地观测卫星,其中一类采用面阵探测器,综合利用平台的高敏捷能力从而实现“凝视”的低轨道微小视频卫星得到了蓬勃发展。低轨道微小视频卫星质量轻、体积小,其成像光学系统多选用长焦距、宽视场的折反式光学系统。本文以低轨道微小视频卫星的光学系统为研究目标,采用类曼金反射镜和单片轴向梯度折射率透镜分别作为两镜折反式光学系统的次镜和校正镜,优化了光学系统设计,简化了光学系统结构。本文主要包含以下几个方面:1)介绍了国内外微小视频卫星的发展,分析总结了微小视频卫星的光学系统指标要求,确定了光学系统的基本结构,设计了满足系统设计指标的两镜折反式光学系统。2)针对微小视频卫星两镜折反式光学系统次镜非球面度过高的问题,在光学系统的设计中,加入了类曼金反射镜做为两镜折反式光学系统的次镜。带有类曼金反射镜的光学系统,体积更小,加工周期更短,成像质量更优良,满足微小视频卫星光学系统的指标要求。3)针对微小视频卫星两镜折反式光学系统校正镜组透镜数量过多的问题,在本章的光学系统设计中,采用了单片轴向梯度折射率透镜做为两镜折反式光学系统的校正镜。首次提出了带有单片轴向梯度折射率校正镜的两镜折反式光学系统初始结构设计的初级像差理论计算方法。本设计开辟了两镜折反式光学系统的轻量化、简捷化的新思路,将相同设计指标的两镜系统中的3片均匀材料透镜减少为单片轴向梯度折射率透镜。4)对两镜折反式光学系统做杂散光分析。通过三维制图软件Unigraphics(UG)模拟仿真得到光学系统3D建模,并且设计了百叶窗式次镜遮光罩、主镜内遮光罩、光学系统的外遮光罩。将光机模型导入Tracepro软件通过设置不同离轴角度的光源,计算系统不同离轴角度对应的PST值,分析结果显示,建立的光机系统杂散光抑制能力已经达到设计要求。本论文设计了满足微小视频卫星光学相机指标的两镜折反式光学系统,并且分别采用类曼金反射镜、轴向梯度折射率薄透镜给出了两种优化设计,并且总结推导了带有单片轴向梯度折射率透镜的两镜折反式光学系统初始结构设计方法。通过3D建模,设计了相机的遮光系统,并且导入杂散光分析软件Tracepro分析得到遮光系统已经满足设计要求。
【关键词】：两镜折反式光学系统 类曼金反射镜 轴向梯度折射率透镜 光学设计 遮光系统设计
【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】：V474.2;V441
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势14-21
• 1.2.1 微小视频卫星研究现状14-20
• 1.2.2 微小视频卫星发展趋势20-21
• 1.3 课题研究主要内容及论文结构21-24
• 1.3.1 主要研究内容21
• 1.3.2 论文结构21-24
• 第2章 微小视频卫星光学系统设计24-38
• 2.1 光学系统相关参数确定24-28
• 2.1.1 光学系统总体技术指标要求24-25
• 2.1.2 像面传感器选择25-27
• 2.1.3 系统参数计算27-28
• 2.2 光学系统设计方案28-34
• 2.2.1 光学系统设计选型28-29
• 2.2.2 光学系统初始结构设计29-31
• 2.2.3 光学系统优化设计与结果分析31-34
• 2.3 光学系统优化设计公差要求34-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第3章 带有类曼金镜的光学系统38-46
• 3.1 曼金镜的初级像差理论38-41
• 3.1.1 曼金镜简介38-39
• 3.1.2 曼金镜初级像差理论39-41
• 3.2 类曼金镜的运用41-45
• 3.2.1 类曼金镜的定义41
• 3.2.2 非球面度的定义41-43
• 3.2.3 带有类曼金镜的设计结果43-45
• 3.3 总结45-46
• 第4章 带有轴向梯度折射率透镜的系统46-64
• 4.1 轴向梯度折射率透镜简介46-48
• 4.1.1 轴向梯度折射率透镜的引入46-47
• 4.1.2 轴向梯度折射率材料47-48
• 4.2 带有轴向梯度折射率透镜的系统初始结构设计48-59
• 4.2.1 两镜折反式光学系统初级像差理论48-51
• 4.2.2 轴向梯度折射率透镜的初级像差理论51-55
• 4.2.3 初始结构设计方法55-58
• 4.2.4 全局优化58-59
• 4.3 设计结果与分析59-62
• 4.4 总结62-64
• 第5章 两镜折反式光学系统杂散光分析64-84
• 5.1 杂散光分析研究的理论基础64-69
• 5.1.1 杂散光的产生机理64
• 5.1.2 杂散光消除途径64-68
• 5.1.3 杂散光分析方法68-69
• 5.2 两镜折反式光学系统遮光罩设计69-75
• 5.2.2 外遮光罩及其内挡光环设计69-72
• 5.2.3 主镜内遮光罩设计72-73
• 5.2.4 百叶窗式次镜遮光罩设计73-75
• 5.3 消杂散光结果分析75-82
• 5.3.1 Tracepro软件简介75-76
• 5.3.2 两镜折反式光学系统三维光机模型建立76-78
• 5.3.3 两镜折反式光学系统杂散光路径的确定78-80
• 5.3.4 两镜折反式光学系统点源透过率分析80-82
• 5.4 本章小结82-84
• 第6章 总结与展望84-86
• 6.1 论文总结84
• 6.2 创新点说明84-85
• 6.3 展望85-86
• 参考文献86-90
• 在学期间学术成果情况90-91
• 指导教师及作者简介91-92
• 致谢92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘宝元;刘钧;路绍军;;学生“现代光学系统设计”计算能力培养的探索与实践[J];中国西部科技;2008年27期

2 丁旭明;王淑岩;於崇真;;医用X光电视超强光力光学系统设计[J];应用光学;1992年01期

3 李刚;张恒金;;红外两档变倍光学系统设计[J];红外与激光工程;2006年04期

4 ;《光学系统设计》(内部资料)[J];红外与激光工程;2009年01期

5 毕卫红;赵世华;付广伟;梁丹华;;宽量程糖度测量中的光学系统设计[J];仪表技术与传感器;2009年10期

6 陈建发;王合龙;刘欣;潘枝峰;;紧凑型四反射镜光学系统设计[J];电光与控制;2012年12期

7 刘国钰;;用于空间的三反射镜光学系统设计[J];物联网技术;2013年04期

8 李萍;;激光照像排版机光学系统设计[J];长春光学精密机械学院学报;1982年01期

9 赵从忠;红外电视光学系统设计[J];系统工程与电子技术;1983年03期

10 张守璋 ,史云飞;光学显示器光学系统设计质量的评价方法[J];机载火控;1984年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马兰;唐勇;;大倍率大口径观光望远镜的光学系统设计[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集（Ⅲ）[C];2008年

2 丁全心;熊钟秀;;应用于高速飞行器的共形光学系统设计研究[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集（下册）[C];2010年

3 王永纲;;静电电子(离子)光学系统设计[A];第7届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（二）[C];1994年

4 吕德胜;屈求智;汪斌;赵剑波;李唐;周子超;史春艳;魏荣;刘亮;王育竹;;空间冷原子钟光学系统设计[A];2009全国时间频率学术会议论文集[C];2009年

5 樊学武;;基于变形镜的详普查一体化空间光学系统设计[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

6 王汝琳;王霞;;新型矿用红外瓦斯传感器的光学系统设计[A];第十届全国煤矿自动化学术年会论文集[C];2000年

7 刘根荣;崔向群;;Shack-Hartmann波前检测仪的光学系统设计与应用[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学（激光）联合学术'05年会论文集[C];2005年

8 汤天瑾;李妥妥;;一种超大相对孔径1:0.6镜头的光学系统设计[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

9 姚罡;傅丹膺;黄颖;;集成式双线阵立体测绘相机光学系统设计[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

10 江恒;曾文锋;刘军;王在渊;;激光光学系统中球差的研究[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（下册）[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 方煜;成像光谱仪光学系统设计与像质评价研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2013年

2 寇婕婷;衍射光栅效率自动测试仪光学系统设计与测量误差修正方法研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2012年

3 邵磊;激光多普勒效应远距离测量爆炸过程动态参数的研究[D];天津大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈冲;医用硬性内窥镜光学系统设计[D];长春理工大学;2010年

2 朱立荣;超大口径四反射镜光学系统设计[D];苏州大学;2007年

3 晏蕾;可见/红外双波段航空光电侦察平台光学系统设计[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2010年

4 赵剑;用于激光目标识别测量的光学系统设计[D];西安电子科技大学;2012年

5 黄幼萍;数码裂隙灯显微成像光学系统设计[D];福建师范大学;2015年

6 卢凤凰;激光三角测量光学系统设计及性能分析[D];西南交通大学;2011年

7 崔胜利;红外成像光学系统设计[D];重庆大学;2008年

8 张凯;1米拼接主镜光学系统设计与同心度检测方法研究[D];长春理工大学;2008年

9 梁宝雯;近地层紫外自由空间通信收/发一体化非球面光学系统设计[D];武汉工程大学;2015年

10 韩鹏斌;一种新型测量液体折射率的光学系统设计[D];陕西师范大学;2011年

，

本文编号：926421