非均匀污染对卡塞格伦光学系统的影响研究

摘要

空间污染对卫星可靠性和寿命造成严重影响，暴露在空间环境中、工作在低温下的光学系统是主要污染对象。污染物会使光学元件光能传递质量降低，从而影响整个光学系统的性能。对于在污染源附近的光学系统，其光学元件上污染物的分布是非均匀的，越靠近污染源污染物沉积量越大。所以作为航天器上最常用到的卡塞格伦光学系统，主镜和次镜容易受到空间环境的非均匀污染，系统的成像质量随污染沉积量的变化而变化。本论文从以上问题角度出发，主要完成了以下几方面的研究工作：
　　1.针对空间环境中存在的污染物，分析卡塞格伦光学系统可能出现的污染情况。介绍了均匀污染对空间光学系统影响的分析模型，并推导了非均匀污染对空间光学系统影响的分析模型。
　　2.针对卡塞格伦光学系统，给出了不同污染程度下的非均匀污染分析模型，并进行了仿真分析。
　　卡塞格伦光学系统被轻度污染时，污染物看作是由不透明的污染颗粒组成，分析污染颗粒点阵分布对卡塞格伦光学系统的影响。根据巴俾涅原理，从衍射理论出发可得到点阵分布的污染颗粒在主镜和次镜焦平面处的强度点扩散函数。通过模型仿真得到不同颗粒间距时，主镜和次镜像面光强度的分布图，并分析图像质心、峰值变化规律。
　　卡塞格伦光学系统被重度污染时，系统的反射率会发生变化，分别分析了非均匀污染的主镜和次镜反射率变化对像面上光强的影响，并建立数学模型。
　　3.设计并完成了非均匀污染对光学系统的影响模拟实验，包括重度污染和轻度污染两种情况，并分析非均匀污染对光学元件的影响规律。通过透镜受污染的实验结果，对卡式系统受污染情况进行关联分析，验证理论模型正确性。
　　本文建立了卡塞格伦光学系统受非均匀污染的影响分析模型，并通过仿真实验和透镜污染实验的关联分析进行验证，分析并得到非均匀污染的影响规律。为空间光学系统的污染分析提供一种新的研究方法，对今后进行光学系统污染研究工作具有一定的参考价值。

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目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 国内外研究现状分析

1.3 本文主要研究内容

第2章 空间光学系统污染环境基本理论

2.1 空间污染环境

2.2 空间光学系统分类

2.3 卡塞格伦光学系统所在污染环境

2.4 空间污染光学系统分析理论

2.4.1 均匀污染形式分析理论

2.4.2 非均匀污染形式分析理论推导

2.5 卡塞格伦光学系统非均匀污染分析理论

2.6 本章小结

第3章 卡塞格伦光学系统的非均匀污染效应分析

3.1卡塞格伦光学系统结构

3.2卡塞格伦光学系统轻度污染分析

3.2.1圆孔衍射的点扩散函数

3.2.2主镜非均匀污染分析

3.2.3次镜非均匀污染分析

3.2.4 仿真分析

3.2.5卡塞格伦光学系统非均匀污染效应分析

3.3 卡塞格伦光学系统重度污染分析

3.3.1主镜非均匀污染效应分析

3.3.2次镜非均匀污染效应分析

3.3.3卡塞格伦光学系统非均匀污染效应分析

3.4 本章小结

第4章 光学系统的非均匀污染实验和仿真分析

4.1 光学系统非均匀污染实验

4.1.1 光学系统非均匀污染实验设备

4.1.2 光学系统非均匀污染实验步骤

4.2 实验数据处理及分析讨论

4.2.1 本底实验

4.2.2 重度污染实验

4.2.3 轻度污染实验

4.3 单镜面污染理论与实验对比分析

4.3.1 理论分析

4.3.2 实验结果与理论比较

4.3.3 卡塞格伦光学系统污染效应分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢