轻型空间遥感器光机系统研究

　　1 引 言

　　小型空间遥感器由于体积小， 重量轻、 结构简单、 安装方便等特点， 在目前的空间光学观测仪器中仍具有重要的作用， 尤其是采用离轴 TMA[1-3]反射光学系统的小型空间遥感器， 可以实现较大视场，因而具有更广阔的应用前景， 非常适合在小型对地观测卫星或航空对地观测中应用。 离轴 TMA 光学系统没有中心遮拦， 外界光学能量可以很容易进入光学系统， 光学传函较高， 不存在任何色差， 也不存在二级光谱。 当主要参与成像的各反射镜采用非球面时， 优势更为明显。　由于采用了离轴 TMA 反射光学系统， 光路没有中心对称性; 同时为了适应在较小的运载平台上安装使用， 结构设计时力求重量轻， 这些都给遥感器结构设计带来一定的难度。 本文针对某小型空间遥感器进行了光机系统的研究， 光机性能分析表明，这种小型空间遥感器具有良好的光机性能， 适合在小卫星上应用。

　　2 轻型空间遥感器光学系统分析

　　衍射对系统分辨力的影响由艾瑞斑直径来表示：d=2.44 λf/D　， 其中： λ 为波长， D 为光学系统通光孔径。由上式可知， 在波长、 轨道高度、 探测器单元尺寸确定后， 增大系统焦距可以提高地面分辨力， 而增大系统的相对孔径有利于提高光学性能， 即系统的传递函数。 为了扩大遥感器的地面覆盖宽度， 除了提高轨道高度外 (相应地降低了地面分辨力)， 加大系统半视场角是最好的选择。 但随着视场角的增大，光学轴外像差增大， 给光学设计带来了困难。 但随着非球面光学反射镜加工技术的成熟， 这些困难也逐渐减小。　　无论遥感器结构设计如何合理， 都存在着加工误差， 以及在工作时外界的场 (主要包括温度场、 微　重力场) 引起的结构变形 (统称为加工误差)， 因此，结构设计时必须保证加工误差满足各反射镜成像公差要求。

　　3 小型空间遥感器反射镜支撑结构设计

　　遥感器的结构设计主要包括各反射镜支撑结构设计、 调焦机构设计、 主支撑结构设计等。在进行各相应的分系统结构设计时， 必须要保证各参与成像的光学元件满足光学系统使用要求[4]。

　　光学反射镜成像表面的面形精度 (PV 值和 RMS 值)是影响空间光学遥感器光学系统成像质量的关键因素 (对于成像光学系统要求反射镜面型精度PV≤62nm，RMS≤12 nm)。 在重力环境下反射镜容易受重力作用导致变形， 而环境温度变化时， 镜面也会发生变形，这些变形会导致成像质量下降。 若使反射镜在空间微重力环境工况下满足面形设计指标要求的同时， 在空间热环境工况下也能达到成像要求的面形精度， 就需要对反射镜的支撑结构进行合理的设计。