基于柔性铰链的像旋补偿机构设计与分析

李 林，颜昌翔，田海英，李 颐，丁 宁

(1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033；2. 中国科学院大学a. 光电学院，b. 材料与光电研究中心，北京100049)

伴随着信息时代的到来，人类对外层空间的应用需求越来越多，通过空间相机对空间目标进行探测识别逐渐成为重要技术手段之一。为了能够准确地识别空间目标，获得高质量的图像，空间相机通常需要在成像过程中对目标进行高准确度、长时间的曝光；但是，空间相机在成像过程中因载体的运动等原因而使相机的像面随着载体运动，从而绕光轴旋转产生像旋，导致成像模糊，使得最终的图像无法有效使用[1-2]，因此，在设计空间相机时需要对像旋进行矫正。

目前，常用的消像旋的方法可大致分为光学消像旋[3]、数字消像旋[4-5]和机械消像旋[6]。机械消像旋能够实现实时消像旋，并且具有良好的安装与装调性能，常用于各类航空航天相机[7]。目前机械消像旋的方法主要是机械联动方法与电机驱动方法[8]。机械联动方法采用齿轮传动或柔性钢丝绳传动，但是齿轮传动存在连接间隙、机械磨损等问题，精度较差[9]。同样，柔性钢丝绳传动[10]会在传动过程中出现弹性形变，可靠性较低。伺服电机独立驱动方式虽然没有机械联动的缺陷，但是负载的不平衡性、机械结构的摩擦力矩等因素会降低系统的稳定性。这2种机械消像旋方法都存在结构复杂、质量较大、体积较大等缺陷，难以运用于航天工程[11]。目前柔性铰链因具有高精度、体积小、质量小、无摩擦、无空回、无需润滑及结构简单的特点而被广泛应用于精密、超精密传动和定位场[12]，如卫星光通信[13]、光栅传感器[14]、反射镜支撑[15]等。……