机载紫外成像光谱仪结构设计与仿真分析

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成像光谱仪是在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的一种能获取物体的二维空间信息和一维光谱信息的光学遥感仪器,其在资源调查、城市建设、军事侦察、环境监测、气象预报、减灾救灾等很多领域得到广泛的应用,得到各国政府、公众和航空航天界的广泛关注。  基于机载平台的紫外航空成像光谱仪主要用于光学环境监测领域,通过探测地球大气或表面反射、散射的紫外光辐射来解析痕量污染气体成分等的分布。论文重点研究工作内容分三部分,1)机载紫外成像光谱仪主要结构件设计,2)机载紫外成像光谱仪力学仿真分析,3)机载紫外成像光谱仪整机装调方案设计。  首先,完成了机载紫外成像光谱仪主要结构件的设计。首先,重点介绍了透镜常用的安装固定方法及常用的光机界面类型,在考虑镜头装配的技术要求基础之上,对前置镜头进行了光机设计,并对镜头光学传递函数(MTF)进行了测试,结果表明,前置望远镜头MTF满足了设计要求。其次,对后端成像谱仪的箱体进行了拓扑优化,减重比达到23.6%,满足提出的质量要求,并分别对光栅组件和反射镜组件进行了结构设计,减小了光栅和反射镜的安装应力,保证了后端成像谱仪的光学像质要求。最后,对电子学箱体进行了结构设计,保证了电子元器件符合安装规范要求、操作方便,同时,能满足安全性和功能性要求。  其次,完成了机载紫外成像光谱仪力学仿真分析。首先,对前置望远镜进行了光机热集成分析,利用泽尼克多项式这一数学工具,对热变形后的透镜面形进行了拟合。通过多种软件的联合仿真技术,在-10℃至+40℃环境温度范围内,分析了前置镜头的成像质量,结果表明,前置望远镜头满足机载环境适应的要求。其次,重点介绍了三种常见的动力学分析方法,即模态分析、谐响应分析、随机振动分析。分别对光栅组件和反射镜组件进行了上述三种分析,得到组件分别满足设计要求,结构设计可靠。最后,对整机进行了有限元建模,并分别对整机进行了模态分析、谐响应分析和随机振动分析,得到整机第一阶振动频率为340.6Hz,满足整机谐振频率要求;研究了加速度简谐载荷和PSD加速度载荷激励下整机的振动,分析结果表明:机载紫外成像光谱仪具有抗冲击能力,满足技术指标要求。  最后,完成了机载紫外成像光谱仪整机装调方案的设计。设计了光机装调技术方案,依据装调技术方案设计了相应的工装,并设计了专门的定标机构来满足同其他模块的对接。
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