考虑空间环境中温度是光学系统成像质量的主要影响源,针对离轴三反射光学系统提出了一套由有限元分析到光学分析的热光学分析方法。在有效分析均匀温度场对系统影响的基础上,采用有限元分析得到温差影响下的镜面面形畸变,并用Zernike多项式拟合畸变面形;将Zernike系数代入光学设计软件CODE V,理论分析了温差影响下的光学系统成像质量,提出了光学系统温控指标。以温控指标为依据对光学系统采用主动热控进行热光学试验,所得试验结果均达到56lp/mm下光学系统全视场MTF值〉0.2的光学参数要求,实验结果证明了理论分析的准确性和温控指标的合理性。

光学系统结构决定了CCD相机的外形尺寸和布局,为保证相机的小型化、轻量化及稳定性,本文针对光学系统设计指标的要求,分析、比较了折射式、反射式及折反射式等光学系统的结构型式,综合考虑相机的空间环境适应性和结构布局等因素,采用像方远心光路,设计了一种兼具匹兹瓦型与对称型优点的新型光学系统结构。设计的光学系统成像质量好,在Nyquist频率为77lp/mm时,正视相机全视场的平均传递函数为0.613,前、后视相机全视场的平均传递函数为0.578;正视相机畸变为2×10-5,前、后视相机畸变为2.4×10-5。装调完成后对光学系统成像质量进行了检测,各相机光学系统传递函数的测试值均在0.451以上,满足实验室静态传递函数〉0.2,相对畸变〈3×10-4的指标要求。