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激光通信大口径地面站光学主次镜支撑结构优化设计

陶天奇

  随着激光通信技术的快速发展,激光通信大口径地面站作为星-地激光通信的地面终端,主要作用是与卫星建立通信链路,实现卫星与地面站之间数据的相互传输。星-地激光通信具有通信距离远、传输信道复杂等特点,为了建立稳定可靠的星-地激光通信链路,实现星-地激光通信,因此,需要对大口径地面站数据终端进行设计和优化。本文主要以星-地激光通信大口径车载移动式地面站中的光学主次镜支撑作为研究对象,通过有限元仿真分析与实验测试,完成了主次镜支撑结构的优化设计。首先,确定了主次镜面形评价方法和面形拟合方法,对比分析了主次镜支撑结构,根据结构的优缺点,确定了主次镜总体支撑方案,主镜轴向采用机械Whiffle-tree支撑结构、径向采用水银带和芯轴复合支撑结构、次镜采用A型杆式支撑结构。其次,针对主镜轴向支撑通过有限元分析法对支撑点数、支撑点位置进行了优化设计;对支撑三角板和支撑底座进行了结构优化设计;对主镜径向支撑水银的充满度、承担主镜质量的比例、支撑位置进行了优化分析;对主镜在0~90°的不同角度下,对主镜面形精度进行了仿真分析,并对主镜在支撑结构下进行了热变形仿真分析。再次,针对次镜支撑通过有限元分析法对次镜A型四杆和A型三杆支撑从结构的固有频率、次镜的刚体位移、扭转角度等方面进行了对比分析,最终确定了次镜A型四杆式支撑;运用了拓扑优化法对支撑杆进行了轻量化设计,降低了次镜组件的重量;设计了次镜调整机构,并对次镜支撑结构进行了热变形及动力学仿真分析。最后,针对主次镜支撑结构进行了力-热耦合仿真分析及动力学仿真分析;利用ZYGO干涉仪检测了主镜的面形精度及系统的波像差,检测结果验证了仿真分析的正确性。……   
[关键词]:激光通信;主镜支撑;次镜支撑;有限元分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:长春理工大学2018年