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摘要
为了满足精准高效快速部署航天遥感器对轻小型空间相机的迫切需求，对满足轻小型相机成像的光学系统形式及成像体制进行了详细对比分析，确定了RC+补偿组的光学系统形式，采用小F数+微小像元的成像体制。对比美国鸽子相机的详细参数，设计了500 km轨道高度上可实现3.48 m分辨率的轻小型全铝高分相机。详细介绍了相机的总体结构、光学系统、光机结构、成像电子学及热控设计结果，得到F5.6的RC+补偿组光学设计结果。采用RSA-6061微晶铝合金做为相机反射镜的结构材料，配合一体化硬铝合金高刚性结构。静力学(重力变形和温度变形)仿真分析结果满足光学设计公差要求。动力学仿真分析结果表明：一阶模态为302.92 Hz，具有足够高的动态刚度和安全裕度。成像电子学采用3.2μm大面阵9 K×7 K探测器低噪声小型化设计。相机热控由卫星平台保证20℃±4℃的温度水平。集成测试结果表明：(1)相机中心视场波像差RMS为λ/15.6,5个视场系统波像差均优于λ/12.3，可以确保相机近衍射极限高质量成像。实测奈奎斯特频率处的光学传递函数为0.217;(2)相机三方向正弦振动最大处放大1.17倍，整机一阶模态为295 Hz，与仿真结果的偏差为2.61%，相机结构刚度大，力学稳定性好；1×10-4 Pa,16℃、20℃、24℃三个温度工况下成像清晰，可分辨奈奎斯特频率处对应的分辨率板图像；(3)对2 km外目标成像效果良好，图像清晰且灰度层次分明，阴影边界锐利。本文所设计轻小型全铝高分相机在500 km轨道高度上实现了3.48 m分辨率，15 km×15 km幅宽，整机重量为2 kg，结构刚度和强度试验结果满足航天发射场景需要，可以为轻小型甚高分辨率空间相机设计提供理论指导和工程借鉴。
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