飞轮微振动对星载一体化卫星成像质量影响研究

发布时间：2018-04-01 12:08

本文选题：微振动　切入点：飞轮　出处：《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所》2017年博士论文

【摘要】：随着遥感卫星分辨率指标的不断提升,为确保相机高质量成像,需要卫星具有较高的指向精度和稳定性。一般飞行器都具有微小型扰动源,主要由于卫星平台上的转动部件(如飞轮、力矩陀螺)的高速转动、大规模可以操纵的部件驱动机械部件产生步进运动、轨道变化姿态调整时期推进器打火冲击、大型有一定柔度的机械结构由于飞进或飞出黑影产生冷热变化等从而诱发微振动。微振动动力学特征表现为振幅小、频率高,对大多数飞行器的运行不造成显著破坏或影响,在实际工程中一般不考虑;但对高分辨率光学遥感卫星,微振动对其光学载荷指向精度、姿态平稳度及分辨率等关键功能要素将会产生较大影响。因此,微振动逐渐受到重视并被提上研究日程。高分辨率光学遥感卫星在轨时所处的微振动动力学环境很复杂且难以在地面实现,再加上姿态控制系统很难做到对微振动的测量和控制,因此在工程应用中仅能开展一定条件下的地面实验,通常是采用地面上限定条件下的实验模拟飞行器在太空中的环境条件。或者通过相关数理建模和数值分析方法对微振动位移、加速度幅值及频率分布进行研究,进而实现对微振动的测评、限制或隔离。本文以某高分辨率遥感卫星为研究对象,针对卫星上飞轮产生的微振动对相机拍摄的图像质量的作用进行讨论,通过对不同工况下相机的成像情况和关键性能指标的关联性进行探讨,分析了飞轮微振动、卫星结构、相机光机结构稳定性和成像质量的关系,可以作为卫星结构设计的重要参考,也为更好的调整卫星阻尼和优化相机结构提供技术支撑。本论文主要从下面几个要素进行讨论:1.研究了影响图像质量的主要因素和像质评价方法,选择了采用调制传递函数(modulate transfer function,MTF)作为客观评价像质的指标方案。探讨了卫星微振动与相机MTF的关系。2.建立了微振动源的数学模型,通过集成建模的方法开展了飞轮微振动对相机MTF的影响分析。将飞轮的扰动视作简谐振动,采用光线追迹法,仿真分别得到了6个方向的力和力矩对相机MTF的影响。3.开展了飞轮微振动作用下次镜角位移的测量试验,在此基础上,设计并优化了橡胶减振器。通过对比采用相同的飞轮微振动扰动和是否采用橡胶减振器两种不同工况下的相机参数变化,得到了微振动对次镜角位移影响的测试数据,并对其进行了分析,结果表明了无减振器下飞轮微振动对角位移具有较大影响,同时证明了设计的橡胶减振器具有良好的减振效果。。4.搭建了微振动对整星成像影响测试实验平台,模拟了卫星在轨情况下飞轮扰动对相机成像元件影响的物理过程,定量测得了飞轮扰动对成像质量的真实影响,并与集成建模仿真分析结果进行对比,验证了采用光线追击的集成建模方法的正确性和合理性。
[Abstract]:This paper discusses the relationship between micro - vibration , satellite structure , camera ' s structure stability and imaging quality . 4 . The experiment platform for the influence of the micro - vibration on the imaging element of the camera is set up , the physical process of the flywheel disturbance on the imaging element of the camera is simulated , the real influence of the flywheel disturbance on the imaging quality is quantitatively measured , and compared with the result of the integrated modeling simulation analysis , the correctness and rationality of the integrated modeling method using ray tracing are verified .

【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：V445.8

【相似文献】