一种空间光学遥感器光机协同设计方法

技术领域

本发明属于空间光学遥感器技术领域，尤其涉及一种空间光学遥感器光机协同设计方法。

背景技术

目前，在空间光学遥感器的光机协同设计方法主要是通过光学输出跨专业间的中间格式文件模型来大概表达设计信息，光机结构基于中间文件开展光机设计，光学系统每变更一个方案就输出一个新的中间模型文件，结构人员基于新的模型设计一个新的光机结构方案，每次迭代都是串行开展。

传统光机协同设计方法存在问题如下：

(1)传递跨专业的设计信息的中间格式文件模型信息太少，没有包括光机结构设计人员所需要的所有光学系统设计参数，准确度无法保证，而且专业间未能统一语言、统一数据、统一坐标系，不利于相互协调沟通。

(2)光机结构设计一般情况下一个系统都是由多人协作完成，团队都基于一个中间文件模型开展设计，设计完成后统一装配，自下而上的堆砌形成整体的光机结构方案，整机装配工作量大，接口处理复杂。

(3)随着光学系统方案的逐步细化，光学设计参数更改版本频繁，光学系统每变更一个方案就输出一个新的中间模型文件，结构设计人员团队内部每个人应用哪个版本开展设计，技术状态很难控制，迭代效率极其低下。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间光学遥感器光机协同设计方法，通过光学系统设计输出结构化的设计参数，由参数驱动光机骨架建模，通过骨架传递设计基准实现多人协同，自顶向下建模设计，统一了跨专业设计坐标和设计数据。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种空间光学遥感器光机协同设计方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：根据光学系统中的每个镜面的光学表面的坐标、顶点曲率半径R、非球面系数K、离轴量、通光孔径的形状和参数、高次项系数得到一个N*21的数列矩阵；其中，N为光学系统的镜面个数；其中，光学表面的坐标包括X、Y、Z三个方向的移动量ΔX、ΔY、ΔZ和X、Y、Z三个方向的转动量θX、θY、θZ；离轴量包括X、Y两个方向的离轴量L

步骤二：建立光机待设计顶层装配模型；

步骤三：基于步骤二的光机待设计顶层装配模型建立光机待设计骨架模型；

步骤四：在步骤三的待设计骨架模型中，基于全局坐标系通过步骤一中的光学表面的坐标建立每个镜面的母镜基准坐标系；

步骤五：在步骤三的待设计骨架模型中，基于步骤四中每个镜面的母镜基准坐标系，在全局坐标系YOZ平面下，调取步骤一中N*21的数列矩阵中的顶点曲率半径R、非球面系数K、高次项系数α4、高次项系数α6、高次项系数α8、高次项系数α10、高次项系数α12、高次项系数α14、高次项系数α16、高次项系数α18、高次项系数α20，由公式驱动建立每个镜面的光学表面曲线；

步骤六：在步骤三的待设计骨架模型中，在步骤四的每个镜面的母镜基准坐标系下，将步骤五中的每个镜面的光学表面曲线绕Z轴旋转形成一个封闭的曲面，为每个镜面的母镜曲面；

步骤七：在步骤三的待设计骨架模型中，基于步骤四的每个镜面的母镜基准坐标系，通过步骤一中的离轴量在步骤六定义的每个镜面的母镜曲面上定义每个镜面通光孔径坐标系；

步骤八：在步骤三的待设计骨架模型中，基于步骤七定义的每个镜面通光孔径坐标系，按照步骤一中N*21的数列矩阵定义的通光孔径的形状和参数截取镜面；

步骤九：在步骤三的待设计骨架模型中，依次建立第一个镜面～第N个镜面共计N个发布几何，得到设计完成的协同骨架模型；

步骤十：在步骤二的光机待设计顶层装配模型中，通过UDF建立步骤九中设计完成的协同骨架模型与步骤一中的N*21的数列矩阵之间的关联关系，实现参数驱动光机骨架模型；

步骤十一：在步骤二的光机待设计顶层装配模型中，依次建立第一个镜面的光学表面至第N个镜面的光学表面共计N个待设计的子装配模型；

步骤十二：根据步骤十一的N个待设计的子装配模型得到N个待设计的子骨架模型；

步骤十三：在步骤十二的N个待设计的子骨架模型中分别复制步骤九建立的N个发布几何，得到N个设计完成子骨架模型；

步骤十四：在步骤十一建立的待设计的子装配模型下基于步骤十三设计完成子骨架模型开展光机元件设计，形成设计完成的子装配模型；

步骤十五：将步骤十四的设计完成的子装配模型复制到预设的统一内存下，步骤二建立的光机待设计顶层装配模型自动装配完成，形成设计完成的光机顶层装配模型。

上述空间光学遥感器光机协同设计方法中，在步骤一中，通光孔径的形状和参数包括圆形、跑道形和六边形；其中，圆形的参数为直径D，跑道形的参数为长L和宽D’，六边形的参数为C

上述空间光学遥感器光机协同设计方法中，在步骤五中，公式为：

上述空间光学遥感器光机协同设计方法中，在步骤八中，按照步骤一中N*21的数列矩阵定义的通光孔径的形状和参数截取镜面包括：如果是圆形通过参数D作为直径截取，如果是跑道形通过参数长L和宽D’截取，如果是六边形通过参数C

上述空间光学遥感器光机协同设计方法中，在步骤九中，每个发布几何中包括步骤四建立的母镜基准坐标系、步骤七建立的通光孔径坐标系、步骤八截取完成的镜面。

上述空间光学遥感器光机协同设计方法中，在步骤十三中，设计完成子骨架模型包括每个镜面的母镜基准坐标系、通光孔径坐标系、光学表面。

上述空间光学遥感器光机协同设计方法中，在步骤一中，光学表面的坐标包括X、Y、Z三个方向的移动量ΔX、ΔY、ΔZ和X、Y、Z三个方向的转动量θX、θY、θZ。

上述空间光学遥感器光机协同设计方法中，在步骤一中，离轴量包括X、Y两个方向的离轴量L

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明的光机协同设计方法实现了结构和光学专业统一语言、统一数据、统一坐标和统一设计基准，实现跨专业协同。

(2)本发明由于参数驱动生成的光机骨架可以实现多人协同建模，整机模型自动装配，提高了协同设计效率。

(3)本发明由于参数驱动生成的光机骨架作为协同建模基准，所以方案迭代过程中，修改参数就可以实现光机设计模型的自动更新，提高了方案迭代的效率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的空间光学遥感器光机协同设计方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的N*21的数列矩阵的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的空间光学遥感器光机协同设计方法的流程图。如图1所示，该空间光学遥感器光机协同设计方法包括如下步骤：

(1)在光学设计软件中按照光学系统光线追击的顺序依次导出系统中每个光学表面的坐标(ΔX、ΔY、ΔZ分别代表三个方向的移动，θX、θY、θZ代表三个方向的转动)、顶点曲率半径R、非球面系数K、离轴量(L

(2)在结构设计软件中，建立光机待设计的顶层装配模型；

(3)基于步骤2的光机待设计顶层装配模型建立光机待设计的协同骨架模型；

(4)在步骤3的待设计骨架模型中，基于全局坐标系通过步骤1中的ΔX、ΔY、ΔZ、θX、θY、θZ六个参数建立第一个镜面的母镜基准坐标系，第二个镜面～第N个镜面同理；

(5)在步骤3的待设计骨架模型中，基于步骤4中第一个镜面的母镜基准坐标系，在全局坐标系YOZ平面下，调取步骤1中N*21的数列矩阵中的顶点曲率半径R、非球面系数K、高次项系数(α4、α6、α8、α10、α12、α14、α16、α18、α20)等11个参数，由公式驱动建立第一个镜面的光学表面曲线，公式如下：

第二个镜面～第N个镜面同理；

(6)在步骤3的待设计协同骨架模型中，在步骤4第一镜面的母镜基准坐标系下，将步骤5中的第一镜面光学表面曲线绕Z轴旋转形成一个封闭的曲面，为第一镜面的母镜曲面，第二个镜面～第N个镜面同理；

(7)在步骤3的待设计协同骨架模型中，基于步骤4的第一镜面的母镜基准坐标系，通过步骤1中N*21的数列矩阵定义的离轴量(L

(8)在步骤3的待设计协同骨架模型中，基于步骤7定义的第一镜面通光孔径坐标系，按照步骤1中N*21的数列矩阵定义的通光孔径的形状和参数(圆形(D)、跑道形(L*D)、六边形(C

(9)在步骤3的待设计协同骨架模型中，依次建立第一个镜面～第N个镜面共计N个发布几何，得到设计完成的协同骨架模型。其中每个发布几何中包括步骤4建立的母镜基准坐标系、步骤7建立的通光孔径坐标系、步骤8截取完成的光学镜面。

(10)在步骤2的光机待设计顶层装配模型中，通过UDF建立步骤9中设计完成的协同骨架模型与步骤1形成的N*21的数列矩阵中所有参数之间的关联关系，实现参数驱动光机骨架模型；

(11)在步骤2的光机待设计顶层装配模型中，依次建立第一个光学表面～第N个光学表面共计N个待设计的子装配模型；

(12)在步骤11建立的N个待设计的子装配模型中，分别建立N个待设计的子骨架模型；

(13)在步骤12的N个待设计的子骨架模型中分别复制步骤9建立的N个发布几何，得到N个设计完成子骨架模型，其中包括每个光学镜面的母镜基准坐标系、通光孔径坐标系、光学镜面；

(14)在步骤11建立的待设计子装配模型下基于步骤13设计完成的子骨架模型开展光机元件设计，形成设计完成的子装配模型；

(15)所有光学元件设计师设计完成后，将步骤14完成的N个设计完成的子装配模型复制到统一内存下，步骤2建立的光机待设计顶层装配模型自动装配完成，形成设计完成的光机顶层装配模型，多人协同的光机自顶向下设计完成。

本发明的光机协同设计方法实现了结构和光学专业统一语言、统一数据、统一坐标和统一设计基准，实现跨专业协同。本发明由于参数驱动生成的光机骨架可以实现多人协同建模，整机模型自动装配，提高了协同设计效率。本发明由于参数驱动生成的光机骨架作为协同建模基准，所以方案迭代过程中，修改参数就可以实现光机设计模型的自动更新，提高了方案迭代的效率。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。