| songshaoman |
2020-11-29 07:53 |
基于自由曲面的離軸反射式光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)研究
空間光通信是以光波為載波，在空間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息無線傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｒ蚱渚哂袀鬏斔俾矢摺⒖垢蓴_能力強(qiáng)和保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，各國積極開展空間光通信各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，多套空間光通信終端從實(shí)驗(yàn)研究階段走到了實(shí)際應(yīng)用階段。隨著獵鷹 9 號(hào)火箭成功將 60 顆衛(wèi)星（Starlink 計(jì)劃）送入太空以及通信技術(shù)的發(fā)展需求，建設(shè)可覆蓋全球的空間光通信網(wǎng)絡(luò)大勢(shì)所趨，這給空間光通信終端的發(fā)展帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在這種趨勢(shì)下，空間光通信終端首先要滿足的是 Low SWa P（size，weight，and power，即體積小、質(zhì)量輕、功耗低）指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)空間應(yīng)用對(duì)有效載荷小型化、輕量化、低功耗的要求。光學(xué)天線是光通信終端的核心組成部分之一，主要負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)射和接收，其性能將對(duì)空間光通信終端的結(jié)構(gòu)、性能產(chǎn)生巨大的影響。然而，傳統(tǒng)光學(xué)天線大多采用的是將同軸反射式光學(xué)系統(tǒng)聚焦再準(zhǔn)直的結(jié)構(gòu)形式，存在中心遮攔，通信效率較低，其有效視場(chǎng)相對(duì)較小，導(dǎo)致空間光通信終端中 ATP 系統(tǒng)架構(gòu)采用的是粗、精跟蹤分離的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式相對(duì)復(fù)雜。因此，提高光學(xué)系統(tǒng)效率、增大光學(xué)系統(tǒng)有效視場(chǎng)成為光學(xué)天線重點(diǎn)發(fā)展方向之一。近年來，自由曲面在成像光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，其在提高邊緣視場(chǎng)像質(zhì)（增大視場(chǎng)）、減小系統(tǒng)體積方面具有重要意義。本論文提出了基于自由曲面的離軸兩反無焦光學(xué)天線的設(shè)計(jì)形式。 本文設(shè)計(jì)了一種自由曲面離軸兩反無焦光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過離軸結(jié)構(gòu)提高了光學(xué)效率，通過引入自由曲面，增大了視場(chǎng)，另外，采用了無焦結(jié)構(gòu)，可以省掉光學(xué)系統(tǒng)后續(xù)準(zhǔn)直光組、減小光學(xué)長(zhǎng)度等。設(shè)計(jì)結(jié)果表明，該系統(tǒng)在較大的視場(chǎng)范圍內(nèi)具有較高的成像質(zhì)量。 針對(duì)離軸兩反裝調(diào)公差分析問題，提出了基于矢量像差理論的離軸兩反光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)公差分析方法，揭示了次鏡失調(diào)量（對(duì)準(zhǔn)誤差）對(duì)系統(tǒng)波像差影響的作用機(jī)理。仿真結(jié)果表明該方法對(duì)次鏡裝調(diào)公差分配具有一定的指導(dǎo)意義。 針對(duì)自由曲面次鏡的加工、檢測(cè)問題，本文計(jì)算了相關(guān)加工參數(shù)，制定了光學(xué)精密加工工藝路線，明確了檢測(cè)手段，對(duì)次鏡加工具有一定指導(dǎo)意義。 5G6 P
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