[发明专利]一种空间光学遥感器有效载荷光机电热一体化分析与优化方法

说明书

本发明公开了一种空间光学遥感器有效载荷光机电热一体化分析与优化方法，包括：步骤1、进行温度场计算，分别考虑遥感器载荷的温度场描述；步骤2、计算遥感器在不同温度场作用下所引起的光程差变化；步骤3、计算遥感器在热状态下光学系统的性能参数并与任务要求的光学性能指标相比较；步骤4、计算在热状态下电子学系统的信噪比并与任务要求的电性能指标相比较；步骤5、比较结果若满足指标要求，则加大输入给仪器的温度载荷，重复上述计算过程，直至得到不满足指标的临界温度为止，以此作为热控指标；步骤6、通过环境模拟试验评估、验证设计结果；步骤7、综合以上结果，对热控系统加以改进和优化。本发明提高热设计指标准确性，提升设计质量。

技术领域

本发明涉及一种空间光学遥感器的多学科集成优化设计方法，具体是涉及一种对卫星平台上光学遥感器有效载荷进行一体化分析及热设计的方法，包括光、机、电、热的集成分析，以及热控系统的多目标优化设计方法。

背景技术

在卫星上的各种有效载荷里，空间光学遥感器是长寿命对地观测卫星的主要有效载荷，通常是具有较高光学性能的光学仪器。在资源勘测、地产评估、减灾、环境监视、军事侦察和监视、海洋开发、气象预报等各个领域有广泛应用，是经济建设和国防建设的重要手段。

卫星的轨道寿命与任务性质要求遥感器在严酷的空间环境下具有可靠的光学性能，因此，必须有较高的热稳定性，即良好的抵抗空间热载荷的能力。在轨道运行过程中，其所在轨道位置及飞行姿态处于不断的变化中，所受外热流呈周期性变化，加上内部功耗的不断改变，使结构呈现出在不同部位或同一部位在不同时刻具有不同温度的复杂热状态。这些热负荷对光学系统、光机结构以及电子学系统有着重要的影响。为满足卫星上搭载的光学遥感器载荷对空间环境的适应性要求，保证载荷正常工作并达到性能指标，需要对载荷实施合理的热控制措施。

热控制技术是控制载荷内部及外部环境的热交换过程，使其热平衡温度处于指标要求范围内的技术，是载荷各系统中十分重要的保障系统之一。随着空间光学遥感器功能的不断增强，对载荷提出了日益严苛的性能要求，高效的热分析和设计是建立良好热控系统的前提，对于高精度光学仪器来说，其研制涵盖了光、机、电、热等多学科的内容，热控系统与光、机、电等系统相互影响和关联，在设计时要充分考虑一个学科对其他学科相关分系统的影响。

对多通道，光路复杂，镜片类型和数量较多，包含多块偏轴非球面镜片的光学系统，热光学分析技术和优化设计方法较少，且对于电子学分系统的影响，现有方法也较少涉及。而对于空间光学遥感器，需要对电子器件作综合考虑，特别是采用电荷耦合器件(CCD)的空间遥感器。对于这类光学遥感器，光、机、电、热的一体化分析、优化方法是很有现实意义的。进一步的，在对热控系统做优化设计时，对热控系统各方面指标进行多目标优化设计的方法还较少。以往的方法更多倚靠工程经验和后期试验验证，设计初期多为定性判断，缺乏定量依据，使得方案不够精确、全面。

发明内容

针对现有方法存在的上述问题，现提供一种空间光学遥感器有效载荷光机电热一体化分析与全局优化的方法。本发明从系统工程的观点出发,全面考虑光学系统、机械结构系统、电子学系统与外部热环境的关系，将光学、机械结构、电子系统本身看作热设计的一部分，强调热设计的综合性，整体性。综合传热学、结构力学和光学等多个学科对光学仪器进行光、机、电、热一体化的集成分析，获得遥感器在不同空间热环境条件下的温度场分布、热弹性变形，得到对光学系统成像质量、电子器件性能及各种精密机械结构的影响，最后提出遥感器正常工作所需要的温度水平、梯度、稳定性等指标，及对周围环境的要求。以光、机、电、热集成的分析方法为基础，全面考虑和平衡系统性能，质量，功耗、工艺性和可靠性等因素，选择适当参数，建立多目标优化算法，通过分析迭代，进行全局优化，实现对以上指标的多目标综合优化设计。

本发明采用的技术方案如下：一种空间光学遥感器有效载荷光机电热一体化分析与优化方法，包括如下步骤：

步骤1、进行温度场计算，得到遥感器载荷的温度场描述；

步骤2、计算遥感器在不同温度场作用下所引起的光程差变化；