航天遥感相机是在空间利用成像传感器获取探测目标图像信息的精密仪器,作为重要的信息获取途径越来越受到世界各国的重视。焦平面组件是航天遥感器的感光部件,集成了光、机、电、算、热等多门学科技术,其工作环境苛刻,结构复杂,可靠性要求高。随着分辨力的提高和视场的增大,导致焦平面尺寸不断增大,CCD行频不断提高,焦面处理电路往往复杂庞大,CCD等电子器件发热量大,CCD拼接精度要求高。需要通过合理的设计以及精密的装调手段,实现大尺寸焦平面组件的高刚度,轻质量,在经受运输、发射等过程中的冲击振动载荷时保持足够的稳定性,同时有合理、紧凑的布局和精确的位置关系,以保证相机的成像质量。因此,焦平面技术是航天遥感器研制中的关键技术之一。本文对航天遥感相机焦平面技术进行深入研究,主要完成了以下几个方面的工作。1.概述了国内外航天遥感相机焦平面的主要实现形式,分析了由航天胶卷、面阵CCD与线阵CCD构成的焦面组件的特点及其应用场合,结合航天遥感相机相机焦平面的结构特点,采用时间延迟积分型CCD拼接组成高分辨力航天遥感器的焦平面。对比焦面常用的棱镜拼接、机械拼接、反射镜拼接和交错拼接的优缺点,通过改进采用双面反射镜方案;结合航天遥感相机的工程实际需求,针对双面反射镜方案的光、电、热设计需求进行了一体化分析,讨论了焦平面设计的难点。2.针对相机前后及侧方摆扫的工程要求,建立了相机成像模型;推导出了相机同时进行俯仰以及横滚情况下的CCD重叠像元数计算公式,并进行了误差分析;应用公式计算出了各片CCD搭接的最小重叠像元数;基于公式的计算结果,提出了一种焦面CCD非均匀拼接方法。3.对航天遥感相机的空间环境进行了分析,完成了焦面组件的结构设计。经对航天常用材料属性分析及工程实际需求,选定了4J32作为焦面基板材料,2A12为焦面电箱材料,Si C为焦面反射镜材料;综合考虑反射镜支撑理论以及相机需求,完成了双面反射镜的柔性支撑结构设计;合理设计焦面处理电路及散热回路,实现了结构紧凑的布局。应用有限元法对焦面组件进行了静力学分析、动力学分析以及模态分析。分析结果为:在重力及+5°温升作用下,反射镜面型误差为:PV:42.7 nm,RMS:5.5 nm;在15kg的均布静力作用时,焦面基板TDICCD连接面的位移量为:4.08?m;组件一阶模态:349Hz。结果表明:焦平面组件的力学特性以及热稳定性较好,组件各部分的动力学响应在合理范围内,焦平面组件的结构设计是合理的。4.对焦平面组件的精密装调进行了研究,提出了一种利用相机调焦功能的精密装调方案,并进行了精度分析。以每片TDICCD的调整量?Z为自变量,对应MTF函数为评价函数,通过最小二乘拟合法构建了最佳像面位置方程,进而解算得到最小修调量。分析结果表明采用此种装调方案,能够提高相机装调效率。5.为验证相机成像质量以及焦面组件的稳定性,设计了一种单点成像方案并进行了误差分析。通过转台的旋转模拟相机在轨的正视、俯仰以及横滚,消除了两点成像以及直线成像方案中的部分系统误差,误差分析表明该方案的测试值在许用范围内。