摘要：本文全面研究了三线阵CCD立体测绘相机的应用原理：研制一种实践性强的测绘相机光机结构，其是将3部相机以不同的角度安装在测绘基座中。 单相机以像方远心亚对称光学系统为基础，包括四个组件，即：单镜安装在薄壁壳体的镜头、以凸轮导向结构为准的调焦机构、成像电器盒、基准镜。测绘基座属于此相机的一个重要支撑体，则是由7个筒单元、3个板单元和底座组合而成的。星敏支架是以星敏感器为基础，通过3个筒单元、1个圆锥单元组合而成。以PATRAN/NAS-TRAN软件为基础对测绘相机展开工程研究发现，其结合体的刚度与强度达标，遵循航天光学遥感器的标准规定。通过振动试验发现，对于测绘相机一阶固有频率来说，超过100HZ,无法和整星引起共振；利用在轨运行试验能够发现，测绘相机结构固定，符合相应的精度标准。
关键词：测绘相机；测绘基座；光机结构
1 引言
早在二十世纪八十年代，立体测绘相机则创建而成。其具备的特点是指：在轨立体成像、通过摄影图像重构外方位元素；基于一系列航天摄影测量学家的关注，其在九十年代之后则成为国际摄影测量和遥感领域的一个核心研究课题。之后，中国也对其引起强烈关注，并对其构像理论、影像的摄影测量处理等展开深入性地分析，且总结出以“等效框幅”影像为基础实施CCD影像空中三角测量的观点。
2 三线阵CCD立体测绘相机工作原理及结构设计任务研究
本文研究所用到的三线阵CCD立体测绘相机，其结构是指以测绘相机、多光谱相机、星敏支架为基础，利用测绘基座对其进行组合而成的一个统一体。其通过持续椎扫的影像能够组建立体测量模型，适用于测绘处理平差，增强目标定位精确度。在测绘期间，必须明确所有扫描时刻三线阵相机的外方位元素（相机的主距、主点位置、交会角），以此能够精确地确定地面中任一物点在三个不一样时段在三条线阵CCD中的像点位置。
与其他相机进行对比，三线阵CCD摄影测量相机的精确度受到相机自身内方位元素的精确度和稳定性的影响。不过，根据三线阵CCD相机的工作原理来看，其在设计期间，不仅需要遵循和一般摄影测量相机一样的规定，同时也需要考虑下述问题：（1）前、后视相机和正视相机之间夹角变化对基高比、影像数据量造成的干扰；（2）相机内方位元素对三维地形信息筛选精确度的干扰；（3）焦距调整对像元地面分辨率、影像数据量的干扰。所以，在设计相机系统的过程中，务必要给予整体研究，从而遵循摄影测量的实际运用原则。
3测绘相机结构设计及工程研究
3.1结构设计
三线阵CCD立体测绘相机是由单相机、测绘基座、星敏支架而成的一个测绘相机组合体，对于单相机来说，则包括光学系统、镜头结构、调焦机构、相机基准镜；对于测绘基座来说，则能够确保相机在轨工作的稳定性，对此，其结构形式、几何稳定性是相机应用期间的两大关键要素；对于星敏支架来说，其属于相机的外方位元素，它能够对星敏感器的安装提供相应的借口，确保内部的结构稳定性，是一个不可或缺的结构元件。我们在探讨测绘相机组合体的时候，能够看出，在其安装腔内，则包括正视相机、前视相机、后视相机与多光谱相机，将星敏支架与测绘基座的顶端相结合，必然组建成测绘相机组合体。
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3.2工程研究
对于测绘相机组合体工程研究来说，则是以PATRAN/NAS-TRAN软件程序为基础，且模型构建必须符合结构相符、能量等效、载荷等效、材料一致等要求。因为空间遥感仪也需要历经地面输送、发射运输等一系列过程，若要确保在此阶段结构的稳定性与牢固性，其务必要具备相应的动态属性，对此，必须开展动力学研究。最先，对测绘相机组合体展开模态研究，最后发现，其动态刚度达标，符合结构动态的标准规定。另外，在微重力环境下，对测绘相机组合体开展强度研究，其所有材料的安全系数均超过1.5，那么由此来看，其强度达标。之后，需要对测绘相机组合体开展正弦振动研究，利用对其进行正弦扫描各个方向的加速度能够发现，其反响不明显，放大倍率小，对此，其结构动态刚度符合标准规定。整体来看，测绘相机组合体的所有性能、指标都符合航天光学遥感仪对结构的标准规定。
4 稳定性验证
待测绘相机组合体安装完毕之后，需要对其开展随机振动、正弦振动等力学试验，及热真空、热光学等热试验，从而检验相机所有性能指标、结构的稳定性。
4.1力学试验
利用对测绘相机组合体开展低频扫描能够收集其模态信息，最后发现，其各个方向的一阶固有频率和工程研究结果类同；然后在随机振动、正弦振动试验之后实施低频扫描，其一阶固有频率无明显的编号，由此来看，测绘相机组合体的结构稳定性是符合标准规定的，并未由于振动因素的存在而出现结构受损问题。
4.2热试验
其展开的试验条件是：温度范围18℃±1.5℃、在5小时以内温度变化幅度低于0.5℃、洁净度在10万级之上，实验室隔振效果（频率≤5HZ、振动速度频域≤10um/s），稳定的精密几何标定实验室开展相机基准镜坐标系关系测量。
在进行前，需要精密调整莱卡TM5100A自准直经纬仪的垂直度盘指标差、水平倾斜误差、水平视准差，确保其误差不超过1"；在进行期间，将莱卡TM5100A自准直经纬仪的综合误差矫正功能进行误差修正；然后把准直测量数据、互瞄测量数据一并输入到软件系统中，能够确定相机基准镜坐标系之间的关系。最终能够看出，测绘相机组合体中基准镜坐标系相对正视相机基准镜坐标系的变化不超过4"，相机之间的相对位置是没有任何变化，稳定性较强。
由此来看，测绘相机组合体一阶固有频率超过100HZ，符合超过整星固有频率3倍之上的规定，无法和整星出现共振；对此，其结构稳定，且其具备抵抗发射期间复杂力学环境的能力。
5 结论
对于测绘相机来说，则以像方远心的亚对称光学系统为基础，镜头通过单镜安装在薄壁壳体中的结构形式，光学镜头传递函数≥0.451，调焦结构顺着光轴方向转移到CCD像面，编码器反馈像面位置的检调焦方案，且在相机外部组装传递镜头光轴，或视轴位置关系的基准镜；测绘基座是由7个筒单元、3个板单元和底座组合而成的，其能够确保测绘相机空间几何关系的稳定性；对于基座基准镜来说，则属于测绘相机组合体装调的总基准，然后按照秩序对相应的 相机镜头进行装调；根据工程研究能够发现，测绘相机组合体的动态刚度是符合要求的。利用一系列环境试验能够发现，测绘相机组合体的所有方向的一阶固有频率超过100HZ，其结构状态 并未出现任何变化，相机间基准镜坐标系的变化不超过4"，相机测量坐标系变化不超过5"。经在轨运行试验能够看出，测绘相机光机结构稳定，且遵循测绘精度的标准规定。
参考文献：
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论文作者:王纪伟
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/3
标签：相机论文; 组合论文; 结构论文; 基座论文; 测量论文; 基准论文; 稳定性论文; 《防护工程》2017年第34期论文;