2025年相機行業技術分析：大口徑空間光學遙感相機垂直裝調技術的突破與應用

  在當今科技迅猛發展的時代，相機技術不斷革新，尤其是在空間光學遙感領域。隨著國際遙感技術的進步，大口徑空間光學遙感相機在全球範圍內的研究和應用愈發深入。2025年，該領域的技術取得了顯著進展，其中垂直裝調技術成為提升相機性能和生產效率的關鍵所在。

  一、大口徑空間光學遙感相機的現狀與挑戰

  近年來，我國在空間光學遙感相機的研製方面成果斐然，在軌的遙感相機最大口徑已突破米級，在同口徑製造水平上基本與國際先進水平持平。不過，目前遙感相機的生產模式以研發試製為主，這是由於遙感器種類繁多且定製性強。在這種模式下，基於光軸水平技術路線的單台相機裝調周期約為 90 天，在應對少量、定製類的遙感器時還能滿足需求。

  但隨著以 「大批量」 為特徵的遙感星座建設成為主流，現有生產模式的弊端逐漸顯現。生產周期過長、製造裝備自動化程度低等問題突出，難以滿足大規模遙感相機的高效率裝調需求。例如，商遙系統 「16 + 4 + 4 + X」 的建設，對相機產能要求大幅提升，傳統模式已無法適應這一變化。

  二、垂直裝調技術：大口徑相機的創新之選

  為解決上述問題，大口徑空間光學遙感相機的垂直裝調技術應運而生。該技術與傳統光軸水平裝調技術有很大不同，它從光學元件的加工檢測到系統集成測試，均採用光軸豎直狀態，能有效避免因相機重力、懸臂過大導致的重力變形影響。

  《2025-2030年全球及中國相機行業市場現狀調研及發展前景分析報告》從適用範圍來看，水平裝調技術通常適用於直徑不超過 1.5 米的相機，通過定量控制和調整光學組件與結構間的相對位置，可使光學組件的 RMS 變化不超過 0.02λ，國內在這方面的技術已較為成熟，部分達到世界先進水平。而垂直裝調技術則用於大直徑和超大直徑的遙感相機，國外已成功應用於 6.5 米口徑的遙感相機。它主要利用誤差去除技術消除重力誤差，精度可達 10%。歐美國家在這方面研究較早，已應用於多個相機的開發，國內也建立了垂直裝配生產線，並在實際應用中取得了優異的在軌性能。

  三、垂直裝調技術的關鍵突破

  (一)大口徑反射鏡組件的高精度裝配

  大口徑反射鏡組件的高精度裝配技術是垂直裝調的關鍵環節。採用新型 「離散型」 支撐方式，能實現高可靠、高輕量化反射鏡的固定支撐，避免了傳統框式支撐重量大的問題。這種支撐技術在反射鏡背部或側面支撐點處粘接與反射鏡材料熱特性相匹配的嵌塊，通過柔性支撐結構與嵌塊連接，約束反射鏡的六個自由度。柔性支撐結構形式多樣，如柔性彈簧片、Bipod 結構等。

  在裝配過程中，支撐點的定位至關重要。以美國某款主反射鏡口徑為 1.1 米的相機為例，其支撐結構為六桿靜定支撐的 BIPOD 結構，通過矽橡膠與主鏡背部的六個支撐墊粘接。在粘接前，需採用基於三維坐標測量的開放空間剛體定位方法，利用雷射跟蹤儀構建反射鏡的基準坐標系，引入支撐墊標稱點位，再用精密六維調整裝置實現支撐墊的精確調整與固定，最後注入光機粘接劑，穩固光機結構。此外，反射鏡組件與相機結構採用膠杯膠杆連接，避免了傳統螺釘連接的墊片修配過程，通過調節 Bipod 支撐杆長度，可控制鏡體與相機基本結構的相對位置關係，有效縮短裝調周期。

  (二)重力誤差剔除技術

  在大口徑遙感相機主反射鏡的豎直檢測中，由於反射鏡尺寸增大，重力形變量也增大。而光學遙感器最終在近乎無重力的大氣層外運行，要獲取反射鏡無重力狀態下的真實面型參數，就必須排除重力支撐不均勻帶來的局部形變。

  在垂直裝調時，反射鏡多採用背部多點支撐，受重力影響，支撐點位附近會發生局部形變，干擾相機成像性能。重力誤差剔除技術通過對反射鏡及其支撐結構進行有限元建模，分析重力環境下的形變量，然後將反射鏡組件在光軸豎直狀態下正反 180° 翻轉，測試兩個狀態下的反射鏡面形參數。將疊加計算結果與有限元仿真結果對照分析，最終確定真實重力誤差。經測試，這種方法去除重力誤差後數據自洽，有效規避了重力卸載環節，提升了相機的裝調與檢測效率。

  (三)光軸基準引出技術

  當相機光軸處於豎直狀態時，由於經緯儀使用角度的限制，無法直接測量相機的視軸方向。目前，通常採用多設備聯合組網測試方法來實現光軸豎直狀態下的外基準測試。

  通過合理布局兩三台雷射跟蹤儀與多個靶球座位置，同時測量圍繞相機分布的六個基準點位的空間坐標，實現四台儀器設備的空間位置關聯，從而建立相機焦面位置、光軸、視軸與相機基準鏡之間的空間位置關係，成功引出相機光軸基準。

  四、面向未來的智能化裝調單元構建

  隨著遙感星座建設成為未來發展的主流趨勢，智能化裝調技術的研究變得尤為重要。在垂直裝調技術的基礎上，構建智能化裝調單元是提升相機生產效率和質量的重要舉措。

  光學元件面形智能化檢測單元由空間位置測量系統、數據處理系統、智能運動單元組成。它能根據被測光學件的參數，自動調節光路中零部件的初始空間位置，使測試系統進入干涉儀測量範圍。然後利用干涉儀測量像差信息，通過光學仿真計算將初階像差數值轉換為零部件的位置調節量，經疊代使像差收斂，最後自動剔除粗大誤差，多次測量取平均值輸出最終測試結果，實現光學元件面形的智能化檢測。

  鏡頭智能化裝調單元則由空間位置測量系統、鏡頭像質測試系統、數據處理及結算系統、調整裝置、注膠機器人等構成。在裝調過程中，鏡頭各部件先按理論位置裝配，建立光學鏡頭基準坐標系，鏡頭像質測試系統測試全視場鏡頭像質，數據處理及解算系統根據像差係數解析出各部組件的失調量，調整裝置據此調整光學部件的空間位置，經多次疊代使系統像差收斂後，用自動化注膠設備註入結構膠固定。整個過程無需人工參與，大大提升了裝調效率和一致性。

  綜上所述，2025年大口徑空間光學遙感相機的垂直裝調技術取得了顯著突破，解決了大口徑反射鏡精確裝配定位、重力誤差剔除、光軸基準引出等一系列技術難題，同時構建了智能化裝調單元。這些成果可應用於後續各類中等口徑及大口徑遙感相機的研製，滿足不同類型和批量的遙感產品裝調需求，對推動低軌道高密度遙感星座等大規模遙感相機的發展具有重要意義，為相機行業的技術進步奠定了堅實基礎。

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