微光多谱段成像仪具有在低照度环境下成像的能力,在观测城市夜间灯光、检测颗粒物污染、研究南北极冰川、探测海洋环境等应用领域有着巨大的经济价值和科学研究价值。该光学载荷在卫星平台发射以及在轨工作过程中,会由于冲击振荡、温度变化、大气压、卫星姿态等因素,使光学系统的焦平面发生一定的偏移,即为离焦现象,若不采取措施补偿离焦量,则会严重影响成像质量。因此,高精度的空间望远镜中都会装有调焦机构来保证感光探测器与像面的重合。鉴于微光多谱段成像仪需要在低照度环境下成像的工作要求,该光学载荷需要具备像移补偿的功能以实现凝视成像的效果。本文设计了一种调焦及像移补偿机构并对其进行了理论分析与试验验证,该设备的最大优势在于,将两种功能结合在一起,在保证达到所需技术指标的前提下,使整体所需要的空间最小化,结构最简单化,且配合有动、静态两级锁紧装置,使机构的可靠性、抗冲击性显著提高。具体的研究内容如下:(1)考察了微光空间遥感成像仪的历史发展背景,结合大量国内外调焦机构的实际应用经验,分析出成像仪在卫星发射与在轨工作环境中引起离焦现象的主要因素,从而确定了最大像移补偿量,最大调焦量,定位精度优于和一阶自然频率等相应的技术指标。(2)根据微光多谱段成像仪的整机结构特性和工作条件,确定了调焦方式、传动方案,分析了丝杠螺母的自锁性,设计了调焦及像移补偿机构的机械结构,包括像移补偿传动方式,动、静态锁紧机构,详细说明了选择材料、驱动元件、编码器以及润滑方式的理由。最终设计的结构外形尺寸为349mm×192 mm×174 mm,总质量为9.8 kg(不包括两侧的动态锁紧机构)。(3)对调焦及像移补偿机构进行了理论分析,基于其运动特征,运用了蒙特卡洛算法分析了调焦功能的精度,结果表明以目前的加工工艺条件可以达到定位精度优于±10μm的技术指标;对调焦及像移补偿机构的动力学性能进行有限元仿真分析。(4)对调焦及像移补偿机构进行了试验验证:对动态锁紧装置中的记忆合金环进行了回复力试验和压缩试验。对开环、闭环控制曲线进行拟合,通过闭环控制的方式对调焦机构的定位精度进行检测,结果验证了其定位精度优于±5.7μm。对机构进行了振动试验,XYZ三个方向上的一阶固有频率分别为243.24 Hz,240.11 Hz,388.6 Hz,正弦振动试验曲线跟随良好,随机振动试验中最大放大倍率为3.39,振动试验后检测其自锁能力良好。所有试验结果均在技术指标要求的范围内,也和理论分析结果相吻合。说明结构的刚度、强度良好,能够经受住卫星平台发射过程中的冲击振动。