航天器用大视场低畸变光学系统的研究

论文摘要

随着中国综合国力的提高以及航天工程技术的积累,中国载人航天事业正在稳步推进。本文设计的光学系统将用于观察神州七号宇航员出舱活动情况,根据设计要求决定了摄像装置的光学系统是一个大视场低畸变系统。文章在分析了摄像装置应用环境的基础上,综合考虑各方面因素,提出了一种实现大视场低畸变光学系统设计方案,设计了符合要求的光学系统。最后,根据摄像装置的应用环境特点,对光学系统进行了杂光系数的计算。设计光学系统时,综合考虑近地空间环境对光学系统成像质量的影响。在环境影响方面,文中首先主要分析了空间辐射、环境温度以及气压变化对光学系统的影响以及常见的补偿方法。其次,结合本光学系统的特点,合理选择了光学材料、机械材料,并进行了光学系统设计。从光学系统最终设计结果和实际成像质量可以看出,光学系统对环境变化不太敏感,验证了设计的合理性。此外,文中在分析杂光产生原因以及影响的基础上,考虑到光学系统视场内一般不会出现强光源以及光学系统第一面具有较大凸面的特点,计算了大视场低畸变光学系统的杂光系数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 大视场低畸变光学系统研究的背景和意义
• 1.2 本论文所要做的工作
• 第二章 近地空间环境及其对光学系统的影响与防护
• 2.1 近地空间环境
• 2.1.1 空间辐射环境
• 2.1.2 紫外辐射
• 2.1.3 其他环境因素
• 2.2 近地空间环境对光学系统的影响
• 2.2.1 高能辐射的影响
• 2.2.2 环境温度的影响
• 2.2.3 环境气压的影响
• 2.3 光学系统的防护措施
• 2.3.1 高能辐射的防护
• 2.3.2 温度变化的防护
• 2.3.3 真空环境的防护
• 2.4 本章小结
• 第三章 大视场、低畸变光学系统的设计
• 3.1 大视场低畸变光学系统设计要求及相关分析
• 3.1.1 光学系统设计要求
• 3.1.2 成像清晰距离分析
• 3.2 光学系统的设计结果
• 3.3 光学系统成像质量分析
• 3.4 光学系统环境适应性分析
• 3.4.1 光学系统耐辐射分析
• 3.4.2 温度和气压变化对光学系统影响分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 光学系统杂散光分析
• 4.1 光学系统的杂散光和杂光分析的意义
• 4.2 杂散光计算的主要方法
• 4.3 杂散光分析的基本思路
• 4.4 杂散光分析的步骤
• 4.5 双向散射分布函数BSDF
• 4.6 点源透射比PST
• 4.7 杂散光的常用测量方法
• 4.8 本章小结
• 第五章 大视场、低畸变光学系统杂散光分析计算
• 5.1 大视场、低畸变光学系统模型的建立
• 5.2 杂光分析中的重要表面
• 5.2.1 关键表面
• 5.2.2 光源直接照射表面
• 5.3 重点采样
• 5.3.1 重点采样的意义
• 5.3.2 重点采样面设置的原则
• 5.4 光线追迹及其杂光计算结果
• 5.4.1 光线追迹
• 5.4.2 光学系统杂光系数的计算
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间发表文章
• 致谢