[发明专利]一种光学遥感相机热稳定性的仿真方法

说明书

本发明实施例公开了一种光学遥感相机的热稳定性的仿真方法。该仿真方法通过计算光学遥感相机实际在轨状态下的各部件的温度，并计算了由于实际温度场而引起的各部件的热变形，不仅简化了现有仿真方法中均匀温度场输入的步骤，还使得仿真的计算条件更接近真实情况，从而仿真结果对光学遥感相机的像质评价更为精确。进一步地，本发明实施例所提供的光学遥感相机的热稳定性的仿真方法考虑了光学、机械学和热学三种因素对光学遥感相机的成像像质的影响和三个学科之间的耦合关系，使得仿真结果更加接近实际的太空环境。

技术领域

本发明涉及光学遥感相机集成仿真的技术领域，具体涉及一种基于光学、机械学和热学耦合的光学遥感相机在轨的热稳定性的仿真方法。

背景技术

光学遥感相机广泛应用于资源探测、国土勘察、天文观测等领域，在经济社会发展和科学研究中发挥了重要的作用。光学遥感相机的工作环境通常为太空环境。当光学遥感相机处于太空环境中时，光学遥感相机会受到来自太阳和地球的辐射，而且本身内部也会产生热功耗。在整个轨道周期，光学遥感相机的各部位所接收的热流是剧烈变化且不均衡的，入射到光学遥感相机的各部位的辐射热流也不同，这些因素将导致光学遥感相机的温度梯度不均匀且随时间发生变化。温度导致的热应力会导致光学遥感相机的器件发生热膨胀及形变，进而导致成像质量的变化。

针对由于温度变化而导致光学遥感相机的成像质量变化的问题，现有的光学遥感相机的热稳定性的仿真方法采用的是单学科且理想化模型来分析光学遥感相机的受力和热影响而造成偏心、离焦、倾斜、面形改变以及梯度折射率等变化，进而了解哪些因素对成像质量影响较大，从而提出解决成像质量的措施及优化方案。现有的这种单学科且理想化模型的光学遥感相机的热稳定仿真方法无法真实地模拟复杂的太空环境，不仅需要进行大量的实体实验，还存在较大误差、难以模拟实际主动光学校正的过程和成本较高的问题。

因此，针对现有单学科且理想化模型的光学遥感相机的热稳定性的仿真方法所存在的问题，急需一种能够减小误差、具有模拟实际主动光学校正过程和成本较低的光学遥感相机的热稳定性的仿真方法。

发明内容

针对现有单学科且理想化模型的光学遥感相机的热稳定性的仿真方法所存在的问题，本发明实施例中提出一种基于光学、机械学和热学耦合的光学遥感相机的热稳定性的仿真方法。该仿真方法综合考虑了光学、机械学和热学三种因素对光学遥感相机的成像像质的影响和三个学科之间的耦合关系，使得仿真结果更加接近实际的太空环境。

该光学遥感相机的热稳定性的仿真方法的具体方案如下：一种光学遥感相机的热稳定性的仿真方法，包括步骤S1：建立光学遥感相机的光学系统模型；步骤S2：建立光学遥感相机的在轨热分析模型，并计算光学遥感相机在轨状态时的光学遥感相机各部件的温度，所述各部件的温度形成温度场；步骤S3：建立光学遥感相机的有限元模型；步骤S4：将温度场从热分析模型映射到结构模型；步骤S5：执行热学和结构学的耦合分析，并计算光学遥感相机在实际温度水平状态时的光学遥感相机各部件的热变形；步骤S6：计算光学遥感相机中各反射镜及像面的刚体位移和反射镜及像面的表面面形；步骤S7：将所述刚体位移和所述表面面形代入所述光学系统模型中，计算光学遥感相机所成像的像质退化情况。

优选地，步骤S1中所述的光学系统模型为光学反射镜面到成像焦面的光学系统模型。

优选地，所述步骤S1还包括在成像焦面取平均值作为设计所述光学系统模型的初始波前误差。

优选地，步骤S1中采用光学软件Code V建立所述光学系统模型。

优选地，所述步骤S2具体包括根据实际在轨热辐射条件和真实热控措施施加的载荷和边界条件来计算光学遥感相机各部件的温度。

优选地，所述步骤S2采用三维设计软件UG和热分析软件I-deas建立所述在轨热分析模型。