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《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所》 2000年
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航天光学成像遥感器动态成像质量评价与优化

王俊  
【摘要】: 航空、航天事业的迅猛发展,为对地观测技术的发展提供了广阔前景。光 学成像遥感技术作为现代对地观测的一个重要手段,其能力得到了很大提高。 通过采取以下几方面的措施:a.提高光学成像遥感器的质量,加长焦距,提高 记录介质的分辨力,提高系统的传递函数;b.提高航天器姿态稳定度;C.提 高像移补偿水平,减小像移补偿残差,光学成像遥感器的成像质量得到了进一 步提高。但在航天器所处动力学环境的作用下,航天器的姿态变化、光学成像 遥感器的整体振动以及其内部各个光学元件的振动对成像质量的影响也是不可 忽略的。本文主要从提高光学成像遥感器的成像质量这一目标出发,探讨了工 程中如何评价机械振动对光学成像遥感器成像质量的影响及如何采取措施降低 振动对成像质量的影响所面临的诸多问题:包括正确分析系统的激励、利用有 限元法进行正确的响应分析、寻求行之有效的成像质量评价方法以及如何进行 光学成像遥感器的动态成像质量的优化。针对这些实际问题,进行了深入的理 论研究、计算,并就结合工程实际应用问题做了初步的尝试。 本文首先对航天光学成像遥感器所处的动力学环境进行了分析,包括运载 阶段和空间在轨运行阶段。对运载阶段动力学环境下的光学成像遥感器进行了 刚度、强度分析,考察光学成像遥感器及光学系统在这一环境下是否破坏或产 生残余微屈服意义上的变形。同时为了保证运载阶段的模拟环境试验中光学成 像遥感器的安全性及确保试验的顺利进行,进行了某高级光学成像遥感器等效 力学模型的研制,在高级光学成像遥感器与航天器进行耦合动力学试验之前用 等效力学模型进行规律性的探索,对试验起到一定的指导作用;对空间在轨运 行时的动力学干扰源包括调姿火箭调姿、动量轮的制造误差和动不平衡、太阳 帆板的调姿及低频振动等进行了详细分析,确定了干扰源的加载时刻、作用形 式,并利用有限元方法分析了航天器、高级光学成像遥感器系统的响应,为成 像质量的评价提供必要的数据。 由于动力学干扰会引起光学遥感器的光学系统整体及其各个光学元件在曝 光过程中复杂的空间运动,导致图像在像面上的运动,而像移影响到影像记录 的质量。本文通过对坐标变换法在某高级光学成像遥感器像移补偿中应用的基 一 中国科学院博士学论文 本思想进行详细地分析,提出将这一思想与任意空间坐标系之间的坐标变换方 法有机地结合,进一步拓宽了坐标变换法在光学系统像移计算中的应用,从而 能够利用坐标变换法进行光学成像遥感器曝光过程中像面上的图像运动分析。 为了证明坐标变换法在像移计算中的正确性,本文采用了光线追迹法对其进行 了验证。 只用图像在像面上的移动并不能非常直观地评价振动过程中地光学系统成 像质量。为了能对振动导致的光学系统成像质量的下降进行有效的评价,本文 引入了运动光学传递函数的概念。但若使运动光学传递函数能够应用于各种形 式的图像运动,特别是应用于复杂的二维图像运动是非常困难的。本文利用“运 动的概率密度函数相当于光学系统的点(线)扩散函数”这一概念,提出了用 统计矩法计算二维图像运动时的运动光学传递函数。这种方法能够用统一的计 算形式对各种复杂形式的图像运动进行计算,具有较高的精度和收敛速度。根 据己经计算得到的图像运动数据,利用统计矩法进行了某高级光学成像遥感器 振动过程中成像质量的评价。 根据动态成像质量的评价结果,提出对光学成像遥感器动态成像质量进行 优化。本文将结构影响系数的概念与视轴误差的概念结合在一起,提出了一种 新的结构影响系数定义方法,从而分析了结构对光学系统视轴的影啊程度。将 结构影啊系数和图像振动的频谱分析相结合,确定了结构优化的环节和优化方 法,对系统的动态成像质量进行了优化。 本文通过对航天光学成像遥感器的结构分析、所处动力学环境分析、光学 成像遥感器动态成像质量评价及优化这一整套理论的研究与应用,实现了光学 成像遥感器在设计阶段对成像质量的全面评价与优化,对光学成像遥感器的开 发研制具有一定的指导意义,而且也将为光学成像遥感器动态成像质量评价与 提高的深入研究提供一定的参考依据。
【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】:2000
【分类号】:V443.5

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 孙德伟;空间红外遥感器机械系统及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 孙宝玉;轻型大视场光学遥感器结构动态特性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
3 陈贵敏;振动环境下光束指向稳定及其光机电一体化关键技术[D];西安电子科技大学;2005年
4 巩盾;温度对遥感器光学系统成像质量的影响[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
5 郭权锋;同轴三反空间相机结构稳定性研究[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
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 史健硕;临近空间光端机轻量化设计[D];长春理工大学;2011年
2 庄绪霞;平台运动对星载TDICCD相机成像质量影响分析与仿真[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 朱仕尧;某型卫星定向驱动系统微振动分析[D];国防科学技术大学;2011年
4 刘磊;空间光学遥感器轻型支撑结构研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
5 宋文超;振动失调光学系统的四元数计算方法与仿真[D];西安电子科技大学;2007年
6 张新建;空间小型CCD相机的结构设计及动力学分析[D];苏州大学;2008年
7 梁彪;二氧化碳探测仪光谱仪系统光机结构设计及分析[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
8 陈程;CO_2探测仪前置系统光机结构设计及分析[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 傅蕾,唐锡宽,宋伟晾;细纱机振动试验模态分析[J];清华大学学报(自然科学版);1998年08期
2 陈国平;朱德懋;孙久厚;陈前;;复杂结构的动力学设计研究[J];振动与冲击;1993年02期
3 邱吉宝,杨永新,王建民;用试验识别模态修改数学模型方法与复杂结构建模技术[J];振动与冲击;1994年03期
4 唐小兵,张开银;结构固有频率的灵敏度分析及修改技术[J];振动与冲击;1996年03期
5 赵阳;太阳帆板振动对星载CCD相机成像的影响[J];中国空间科学技术;1995年02期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 鲍培德;相似模量的非唯一性[J];排灌机械;2000年03期
2 张学荣;叶片在水体下的模态分析[J];排灌机械;2002年05期
3 秦民,林逸,马铁利,朱启昕;汽车液压悬置系统动态特性研究[J];汽车工程;2001年06期
4 刘辉,项昌乐,郑慕侨;车辆动力传动系固有特性灵敏度分析及动力学修改[J];汽车工程;2003年06期
5 冯国胜;汽车车架动特性分析及应用[J];汽车技术;1994年08期
6 姜兆庆,郭淑红,祝云飞,黄佐贤;汽车前照灯配光性能测试方法的研究[J];汽车技术;1996年01期
7 靳晓雄;吴颖江;彭为;高吉强;单莘;;轿车白车身模态试验方法研究[J];汽车技术;2009年08期
8 薛元,李风强;织机机架振动有限元分析[J];青岛大学学报(工程技术版);1998年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 贾大功;赵振;马彩缤;张红霞;张以谟;;基于ARM的嵌入式光纤端面检测仪的研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 梁莉;马旭;;轮毂型压电蠕动泵的结构设计与仿真[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 伍敏;杨金福;黄国君;张占一;韩东江;刘玉晗;;单圆盘转子模态分析方法研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)上册[C];2011年
5 陈颖;陈怀海;;一种二自由度系统物理参数识别方法[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
6 石银明;;基于模态实验数据的有限元建模[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
7 周友明;孙勇军;;基于小波奇异值分解的颤振飞行试验数据处理方法研究[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
8 邱吉宝;张正平;王建民;;航天器结构虚拟动态试验技术新进展[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
9 韩冬;何闻;;超低频标准振动系统基础设计技术[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
10 王考;陶俊勇;陈循;;单锤激励下气动式振动台的响应分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 董渊;双半高斯空心光束的形成、传输及控制技术研究[D];长春理工大学;2010年
2 母丽华;煤矿安全预警系统的方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 饶丰;基于个性化眼模型的人工晶体设计及其特性研究[D];南开大学;2010年
4 张梅;基于个性化眼光学结构的人眼色差的研究[D];南开大学;2010年
5 刘小根;玻璃幕墙安全性能评估及其面板失效检测技术[D];中国建筑材料科学研究总院;2010年
6 白羽;梁、板、网架结构损伤诊断研究[D];昆明理工大学;2008年
7 袁丽芸;水中ACLD圆柱壳谐耦振的高精度方法及振动特性[D];华中科技大学;2011年
8 狄生奎;基于动力参数的损伤识别及嵌入SMA的钢筋砼结构自监测与自修复研究[D];兰州理工大学;2011年
9 沈煜年;复杂柔性系统多次撞击动力学的动态子结构方法[D];南京理工大学;2010年
10 林宇亮;岩土构筑物抗震动力特性及地震动土压力研究[D];中南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李友;数控机床床身系统动态特性分析[D];长春理工大学;2010年
2 王悦竹;80口径观鸟镜ED光学系统设计[D];长春理工大学;2010年
3 艾广燚;基于DSP的航空相机地面景物模拟系统的研究[D];长春理工大学;2010年
4 刘帅男;机织物规格要素与其光泽性能的关系研究[D];浙江理工大学;2010年
5 丁豹;斜齿轮系统振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 李洋;数码相机变焦距物镜设计[D];大连理工大学;2010年
7 冯宇剑;螺旋桨脉动压力识别[D];大连理工大学;2010年
8 宋鲁涛;精密卧式加工中心的动态特性分析[D];大连理工大学;2010年
9 陶磊;风力发电新型偏航驱动器设计与研究[D];大连理工大学;2010年
10 雷飞;惯性往复振动机械结构动力学分析及应用[D];河南工业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 承志,为民;关于航天力学中的一些理论问题[J];青岛大学学报(工程技术版);2000年01期
2 韩增尧,曲广吉;航天器宽带随机振动响应分析[J];强度与环境;2002年02期
3 徐孝诚,王成华,韩增尧;再入飞行器复杂结构随机振动响应分析研究[J];强度与环境;2002年03期
4 陶向阳,周南润,吕百达;通过有光阑近轴ABCD光学系统激光束的近似解析传输公式[J];强激光与粒子束;2003年01期
5 张廷蓉,吕百达;失调复光学系统的矩阵描述与等效变换[J];强激光与粒子束;2003年02期
6 张小军,凌宁;高速压电倾斜镜动态特性分析[J];强激光与粒子束;2003年10期
7 凌宁,官春林,王岚,曾志革,饶学军;61单元分立式压电变形反射镜的研制[J];强激光与粒子束;1998年04期
8 程振彪;;材料轻量化提高汽车性能[J];轻型汽车技术;2002年08期
9 郑淑颖,管东生;人类活动对全球碳循环的影响[J];热带地理;2001年04期
10 柏兆俊,苏仰锋;Second-Order Krylov Subspace and Arnoldi Procedure[J];Journal of Shanghai University;2004年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杜少军;高能激光器及其发射系统的热变形研究[D];国防科学技术大学;2001年
2 周宗锡;刚体姿态控制及其在机器人控制中的应用研究[D];西北工业大学;2002年
3 左孔天;连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D];华中科技大学;2004年
4 范国滨;光束稳定与振动控制的光机电一体化系统研究[D];西安电子科技大学;2004年
5 孙宝玉;轻型大视场光学遥感器结构动态特性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
6 杨晓飞;三反射镜光学系统的计算机辅助装调技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
7 高明辉;空间光学遥感器超薄反射镜及其支撑结构研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
8 冯树龙;地基望远镜力学、温度场特性对光学性能影响研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
9 仝西岳;挠性多体航天器动力学建模与姿态控制技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
10 张国庆;柔性多体系统建模与控制[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘琳;长焦距三反射式望远镜设计研究[D];苏州大学;2002年
2 刘宏伟;基于有限元法的空间相机主镜设计[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
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4 李贤辉;光机集成有限元分析光学面形后处理研究与实现[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
5 赵景;光学系统的三维振动失调分析[D];西安电子科技大学;2005年
6 韩涵;运载火箭加筋壳结构稳定性分析[D];国防科学技术大学;2005年
7 刘磊;空间光学遥感器轻型支撑结构研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2006年
8 樊祥阔;基于节点的局部有限元法并行机理研究[D];西北工业大学;2007年
9 李任君;关于四边形有限元网格生成算法的研究[D];吉林大学;2008年
10 陈俊;基于AWE的滚齿机床身结构刚度优化设计[D];南京信息工程大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 丁延卫,王雷,尤政,卢锷;载人飞船光学窗口的热光学灵敏度和热控制策略[J];清华大学学报(自然科学版);2005年11期
2 杨献伟;吴清文;李书胜;江帆;李志来;;空间光学遥感器热设计[J];中国光学;2011年02期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 孙德伟;空间红外遥感器机械系统及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 常虹;透射式红外系统热光学稳定性关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 迟学芬;基于信息理论的采样成像系统评价与系统技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
4 李威;空间相机主次镜间支撑结构技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
5 郭权锋;同轴三反空间相机结构稳定性研究[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
6 李延伟;高空无人机载光学遥感器热控技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
7 刘强;超宽覆盖空间遥感器底部支撑结构的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
8 崔继承;O_2A带高分辨率光谱测试技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘伟;C/C泡沫预制体气相反应制备C/SiC复合材料的研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 王涛;可见光目标模拟系统分析及结构优化设计[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
3 杨洋;光学反射镜组件结构尺寸稳定性分析[D];长春工业大学;2011年
4 李占辉;光学镜组结构性能仿真与镜面面形分析[D];长春理工大学;2008年
5 丁蛟腾;舰载雷达稳定平台的机电动力学建模及其摩擦补偿[D];西安电子科技大学;2008年
6 邓耀初;基于快速反射镜的光束指向稳定技术[D];西安电子科技大学;2008年
7 张新建;空间小型CCD相机的结构设计及动力学分析[D];苏州大学;2008年
8 方杰;多重多级子结构动力特征值分析的Lanczos算法[D];大连理工大学;2010年
9 梁彪;二氧化碳探测仪光谱仪系统光机结构设计及分析[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
10 陈程;CO_2探测仪前置系统光机结构设计及分析[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 郭兆曾,胡顺菊,朱广田;带有质心运动的挠性空间飞行器运动方程[J];系统科学与数学;1985年01期
2 金梁,H.F.Bauer;挠性双自旋卫星的姿态稳定判据[J];宇航学报;1991年04期
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