空间相机光学系统设计及热稳定性分析

离轴反射式光学系统可用于对地遥感与测绘，因此要求光学系统兼具大视场、高像质与稳定内方位元素。针对传统PW法所得初始结构轴外像质量差、相机成像过程中存在指向热漂移等问题。本文推导了孔径光阑在次镜处、主三镜沿轴同距条件下三反光学系统结构像差系数，并引入主、三镜四次非球面项像差，增加优化变量，构建像质评价函数，结合远心约束条件，利用GA-SQP算法得到视场离轴下准远心的三反初始结构。进一步优化得到一款焦距260 mm、F数为10，视场为7×30°准远心离轴三反光学系统，其MTF在77 lp/mm处大于0.25，最大畸变为2%，最大主光线倾角为2.3°。针对该设计，采用微晶玻璃为基底，钛合金为结构材料，对系统进行有限元热分析。基于TRIAD算法，定量分析系统光轴在6.8 °C温差条件下绕相机坐标系X/Y/Z三轴旋转变化：绕X轴−0.728″、绕Y轴<styled-content style-type="number">1.0816</styled-content>″、绕Z轴11.045″，表明光学系统具有较高热稳定性的同时也对无控条件下在轨测绘数据误差修正具有重要意义。