[发明专利]一种空间相机在轨微振动仿真模型的修正方法

说明书

技术领域

本发明属于空间相机在轨微振动试验技术领域，具体涉及一种空间相机在轨微振动仿真模型的修正方法。

背景技术

近年来，随着空间相机分辨率的不断提高，对设备的各项精度要求也不断提高。空间相机在运行过程中，伴随着卫星平台飞轮扰动、大型柔性结构冷热交替引起的扰动、空间相机制冷机扰动、快速反射镜或调焦机构光学活动部件扰动等多种扰动源，这些扰动源共同构成空间相机所承受的微振动环境。微振动环境具有幅值小、频带宽等特点，对高分辨率空间相机的空间分辨率和成像质量有着重要影响。

目前，微振动仿真和试验的对象主要为卫星整星，例如航天器、卫星等。而对微振动环境比较敏感的空间载荷主要是空间相机和空间激光通信系统等光学载荷。为了实现对空间相机微振动环境下的工作状态进行准确预测，必须通过仿真模型与试验相结合的方法，然而随着空间相机系统的大型化和复杂化，所建立的空间相机仿真模型往往与空间相机物理模型有一定误差，无法为后期的空间相机在轨微振动分析提供有利指导。

发明内容

为了填补空间相机在轨微振动仿真模型修正的空白，本发明提一种空间相机在轨微振动仿真模型的修正方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种空间相机在轨微振动仿真模型的修正方法，包括以下步骤：

步骤一、建立空间相机有限元模型，包括建立空间相机结构有限元模型、建立视轴抖动评价指标模型和建立波前误差评价指标模型；

步骤二、获取整星状态下空间相机安装界面实际输入；

步骤三、获取空间相机内部振源实际输入；

步骤四、根据空间相机安装条件，对空间相机进行模态试验，得到模态特性和振动传递特性；在空间相机有限元模型中添加相同的空间相机安装条件约束，并进行模态分析；将模态试验结果与模态分析结果进行比对，根据空间相机振型和频率差异，调整空间相机有限元模型中单元和材料属性，对空间相机有限元模型进行修正；

步骤五、对模态试验修正后的空间相机有限元模型，计算空间相机振型和频率，并输出到指定文件；利用空间相机振型和频率数据，在MATLAB/SIMULINK中构造出空间相机动力学模型，并对空间相机动力学模型进行简化；

步骤六、根据整星状态下空间相机安装界面实际输入和空间相机内部振源实际输入，对空间相机的安装界面实际输入和内部振源实际输入进行单独激励，得到空间相机在地面试验状态约束下由单个激励源引起的空间相机光学系统中各光学元件的振动特性和光学成像特性，对空间相机动力学模型进行进一步修正；

步骤七、根据整星状态下空间相机安装界面实际输入和空间相机内部振源实际输入，对空间相机的安装界面实际输入和内部振源实际输入进行全项激励，得到空间相机在地面试验状态约束下空间相机光学系统中各光学元件的振动特性和光学成像特性，对空间相机动力学模型进行更进一步修正；

步骤八、去除地面试验状态约束，添加空间相机在轨状态约束，得到空间相机在轨微振动仿真模型。

进一步的，所述建立空间相机结构有限元模型的方法是：根据空间相机结构设计方案，在有限元前后处理软件PATRAN中建立空间相机结构有限元模型。

进一步的，所述建立视轴抖动评价指标模型的方法是：由空间相机光学系统给出各光学元件在6自由度上的视轴抖动灵敏度矩阵，并在有限元前后处理软件PATRAN中通过MPC建立视轴抖动评价指标模型。

进一步的，所述建立波前误差评价指标模型的方法是：通过像面的条纹zernike多项式来表示波前误差评价指标模型，并在有限元前后处理软件PATRAN中通过MPC建立。

更进一步的，所述像面的条纹zernike多项式由两部分相加而成：一部分是由空间相机光学系统给出各光学元件在6自由度上所对应的像面波前条纹zernike多项式系数的灵敏度矩阵，另一部分是由空间相机光学系统给出各光学元件面形变化拟合后的标准zernike多项式系数所对应的像面波前条纹zernike多项式系数的灵敏度矩阵。

进一步的，步骤二中，获取整星状态下空间相机安装界面实际输入的方法是：通过整星有限元模型，加入整星实际输入并计算，得到整星状态下空间相机安装界面实际输入。

进一步的，步骤三中，获取空间相机内部振源实际输入的方法是：对空间相机内部振源组件进行实际工作状态运行试验，获取空间相机内部振源实际输入。

进一步的，步骤五中，利用模型降阶法对空间相机动力学模型进行简化。