王伟之 高卫军 郭崇岭 李国宏

（北京空间机电研究所，北京100076）

1 引言

随着空间遥感技术发展、市场竞争的加剧、用户需求的提高，空间相机朝着更高分辨率、更好的成像品质和更高的性价比及时效比方向发展。更高的分辨率通常意味着更大口径、长焦距，更好的成像品质通常意味着相机要求具有更高稳定的光机结构，性价比及时效比的提高要求相机轻量化率更高，研制周期更短。因此，对相机的设计提出了更高的要求，尤其在光机结构设计领域，需要快速的设计出满足高刚度、高稳定、轻量化的结构设计。传统的设计方法难以满足上述需求，在此背景下，结构的优化设计成为必然的趋势。

结构优化设计是指用系统的、目标定向的过程与方法代替传统经验设计，寻求最经济、适用的结构性能的一种现代设计方式[1]。一般分为3个层次：拓扑优化、形貌优化、尺寸优化，分别对应于结构产品的概念设计、基本设计和详细设计阶段[2]。其中形貌优化和尺寸优化技术比较成熟，而拓扑优化由于其复杂性，目前仍处在研究热点中。拓扑优化以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，通过寻求结构的最佳传力路径和材料分布,用最少的材料满足给定的结构性能的一种结构优化方法可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。当前应用比较广泛的拓扑优化算法主要有针对连续体的均匀法、变密度法、渐进结构优化法以及水平集方法等[2-3]。……