[發明專利]一種振動對多孔徑光學系統MTF影響的評價方法

有效

• 申請號: 202011482752.8
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112507593B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 沈英;李少華;黃峰;吳靖;吳銜譽
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06T17/00;G02B27/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

本發明涉及一種振動對多孔徑光學系統MTF影響的評價方法，建立多孔徑光學系統的模型，并進行優化得到MTF作為成像質量評價指標，導出鏡片的三維結構模型。建立多孔徑系統的機械結構，并與得出的鏡片模型進行裝配，得到多孔徑設備的整體結構裝配圖。將多孔徑光機結構模型導入有限元軟件，進行模態分析，并根據實際工況對結構進行振動仿真分析。通過振動實驗，驗證振動仿真結果的可信度。將振動仿真得到的各個鏡片的節點位移導出，用Zernike多項式對其進行擬合。將每個鏡片的擬合結果導入光學軟件，導出MTF即為振動后的多孔徑光學系統的每個子孔徑的MTF。將子孔徑的MTF合成為整個多孔徑光學系統的MTF。本發明能夠驗證振動對多孔徑光學系統成像質量是否造成影響。

技術領域

本發明涉及光機集成分析領域，特別是一種振動對多孔徑光學系統MTF影響的評價方法。

背景技術

運用多個體積小，重量輕，成本低的小孔徑組合成的光學系統是設計高分辨率光學系統的一種新的方法，稱為多孔徑光學系統。作為一種設計寬視場超分辨率光學系統的新方法，它能夠在相同成像距離的情況下縮小結構尺寸和重量，而且兼具擴大視場的能力，廣泛應用于航空領域以及車載等工況，無論是火箭發射還是空間在軌運行抑或是車載工況都會產生強烈的振動沖擊或微振動。振動除了對機械結構造成損壞或者使壽命降低以外，對光學系統主要有兩個影響，一方面造成光學元件裝調位置的改變，如沿光軸方向位移、徑向移動，傾斜等，當因受到振動影響產生旋轉、傾斜、偏移的鏡片參與成像時，會造成各種程度的像質退化，如光強下降、像移、光軸抖動等現象；另一方面會使光學表面產生變形，引起成像質量發生變化。

振動對于光學系統的研究多用于空間相機、航天器、衛星等光學結構。北京空間機電研究所對高分辨率空間相機模型進行動力學分析，將得到的位移數據導入Code-V得到MTF的變化和像移，得出了對像移和MTF影響最大的振動頻率和方向。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，通過仿真模型與試驗相結合的方法，實現對空間相機微振動環境下的工作狀態進行準確預測。目前對于振動引起多孔徑光學系統成像質量的影響的研究相對空白，因此有必要提出一種針對該問題的綜合分析方法，而光調制傳遞函數MTF又是評價光學系統成像質量的一個量化指標，因此可提出一種用MTF來評價振動對多孔徑光學系統成像質量造成的影響。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種振動對多孔徑光學系統MTF 影響的評價方法，可以分析由于振動造成的鏡片位移和變形對多孔徑光學系統MTF的影響。

本發明采用以下方案實現：一種振動對多孔徑光學系統MTF影響的評價方法，包括以下步驟：

步驟S1：利用光學設計軟件建立多孔徑光學系統的模型，即利用光學設計軟件對每個孔徑進行光學系統的建模，利用軟件中的優化功能即評價函數，設置評價函數編輯器中的參數目標、權重、優化類型和優化參考點；光學軟件會利用有效阻尼最小二乘法優化參數目標與權重值所組成的評價函數，對光學系統實現優化，優化后利用光學軟件得到光學系統的每個子孔徑的MTF作為評價多孔徑設備成像質量的評價指標，并導出鏡片的三維結構模型即導出每個子孔徑鏡片的機械模型；所述光學系統的模型為每個子孔徑的鏡片所組成的光學模型；

步驟S2：在三維建模軟件中建立多孔徑系統的機械模型，并與步驟S1得出的鏡片模型進行裝配，得到多孔徑設備的整體結構裝配圖即多孔徑光機結構模型；

步驟S3：將多孔徑光機結構模型導入有限元軟件，進行模態分析，并根據實際工況對結構進行振動仿真分析,最后進行頻率響應分析及結果后處理，在結果后處理中導出各鏡面節點位移；

步驟S4：對多孔徑結構進行振動實驗，驗證振動仿真結果的可信度；

步驟S5：將步驟S3中的仿真結果經過步驟S4中的實驗結果驗證后，將振動仿真得到的各個鏡片的節點位移導出，并進行坐標系變換，利用Matlab軟件中的Zernike多項式對進行坐標系變換后的節點位移數據進行擬合并把擬合得到的Zernike多項式的系數導出；