(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111681340.1 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 北京遥感设备研究所 地址 100854 北京市海淀区永定路51号 (72)发明人 戴瀛　胡航　张会平　童雨　许鹏　 (74)专利代理 机构 中国航天科工集团公司专利 中心 11024 代理人 葛鹏 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高可靠光学系统优化设计方法 (57)摘要 本发明公开一种高可靠光学系统优化设计 方法， 包括： 开展光学结构和光学元件力热仿真 分析， 求得光学结构的强度分布和最大应力分 布； 同时， 求得光学元件尺寸变化的频数分布和 累计频率分布， 并记录仿真的总次数和光学元件 尺寸变化满足要求的次数； 根据光学结构强度分 布和最大应力分布， 计算光学结构可靠度； 同时， 根据光学元件仿真总 次数和光学元件尺寸变化 满足要求的次数， 计算光学元件可靠度； 利用光 学结构可靠度和光学元件可靠度， 计算光学系统 的可靠度， 本发明一方面， 给出了光学系统可靠 度的定量评估， 量化指导光学系统可靠性的设计 提高； 另一方面， 给出了针对光学系统各组成部 分以及各组成部分 之间设计匹配性的验证试验。 权利要求书2页 说明书9页 附图2页 CN 114398774 A 2022.04.26 CN 114398774 A 1.一种高可靠光学系统优化设计方法， 其特 征在于， 包括： 步骤一， 开展高可靠光学系统优化设计， 形成设计方案； 步骤二， 以设计方案为输入， 开展光学结构和光学元件力热仿真分析， 将光学系统 的外 部受力， 光学结构的模型和材料参数， 代入仿真软件， 通过反复抽样仿真计算， 求得光学结 构的强度分布和最大应力分布； 同时， 将光学系统的外部热环境， 光学元件的模型和材料参数， 代入仿真软件， 通过反 复抽样仿真计算， 求得光学元件尺寸变化的频数分布和累计频率分布， 并记录仿真的总次 数和光学 元件尺寸变化满足要求的次数； 步骤三， 根据光学 结构强度分布和最大应力分布， 计算 光学结构可靠度； 同时， 根据光学元件仿真总次数和光学元件尺寸变化满足要求的次数， 计算光学元件 可靠度； 步骤四， 利用光学 结构可靠度和光学 元件可靠度， 计算 光学系统的可靠度； 步骤五， 根据光学系统设计要求判断光学系统可靠度是否满足需求， 如不满足重复进 行步骤一到步骤五； 如满足， 则开展试验 验证； 步骤六， 对光学系统开展试验 验证； 步骤七， 根据试验结果判断光学系统是否通过验证试验， 如不通过重复进行步骤一到 步骤七； 如通过， 则保存并固化 光学系统设计。 2.根据权利要求1所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 在步骤三中， 根 据光学结构强度与光学 结构最大应力服从正态分布， 确定结构设计的安全余 量。 3.根据权利要求2所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 利用所述安全余 量大于0的概率来确定光学 结构可靠度。 4.根据权利要求1所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 在步骤三中， 通 过输入结构材料参数 的中心值和标准差， 以及结构加工尺寸的中心值和标准差， 进行多次 抽样， 得出镜面变形量的频率分布。 5.根据权利要求4所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 根据所述镜面变 形量的概 率分布， 确定 镜面变形量小于要求 值的概率。 6.根据权利要求1所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 在步骤四中， 确 定光学结构和光学 元件在可靠性上属于串联关系。 7.根据权利要求6所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 确定光学系统可 靠度为光学结构可靠度与光学 元件可靠度的乘积。 8.根据权利要求6所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 在步骤六中， 对 光学系统开展试验验证， 包括： 针对光学系统的结构应力和镜面变形， 设计了温度循环试 验， 进行设计验证， 具体条件如下： 温度范围： ‑50℃～+70℃； 保持时间： 高、 低温各保持1h； 温变率： 不小于10℃/mi n； 循环次数： 15次。 9.根据权利要求6所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 在步骤六中， 对 光学系统开展试验验证， 包括： 针对光学系统的镜面镀膜， 设计了恒定湿热试验， 进行设计权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114398774 A 2验证， 具体条件如下： 将箱内温度升高到40℃对 试验样品进 行预热1h， 待 试验样品温度稳定 后， 对箱内加湿度至相对湿度为95％ ±5％， 箱内温度始终保持在40℃， 试验持续时间48h 。 10.根据权利要求6所述的高可靠光学系统优化设计方法， 其特征在于， 在步骤六中， 对 光学系统开展 试验验证， 包括： 针对光学系统的结构强度， 设计了冲击试验， 进 行设计验证， 具体条件如下： ±X、±Y、±Z轴， 每轴正负向各两次， 共12次， 冲击谱型如下： 起始频率： 10 0Hz； 起始量级： 10 0g； 拐点频率： 80 0Hz； 拐点量级： 4000g； 终止频率： 5 000Hz； 终止量级： 40 00g。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114398774 A 3