摘要：针对轴向预载随结构的热变形改变而导致光机系统特性失效的设计难点,提出了一种光机结构轴向一致性可控方法。建立光机结构的热效应模型,分析热变形与轴向预载的关系,通过与传统轴向压紧结构的热分析比较,设计了一种轴向预载与温度变形一致可控的挠性构件;对不同结构参数挠性构件的变形分析表明,所设计的挠性构件在温度变化时具有很高的轴向变形可控性;建立了轴向变形量Δδ与挠性构件参数的数学模型,给出具体结构参数的设计方法。将所研究的挠性构件引入星模拟器的结构设计中,实际测试结果表明光机系统具有很好的常温特性,验证了所提光机结构轴向一致性可控方法的有效性。

摘要：针对数字可调光源输出能量较低的问题,提出一种改进型Offner凸面光栅光谱辐射定标光源光学系统的设计方法。基于光线追迹原理,理论推导Offner型光谱成像结构狭缝和像散的关系,利用双柱面透镜对Offner型光谱成像系统大狭缝下的残余像散进行补偿。使用所提方法设计了光谱范围为500~800 nm,狭缝长度为0.4 mm的传统Offner光谱成像系统和狭缝长度为8 mm改进型Offner光谱成像系统。结果表明:改进型Offner光谱成像系统具有良好的成像质量,全视场点列图方均根(RMS)半径小于8.1μm;系统沿Y方向RMS半径小于6.7μm,在一个像元尺寸内;谱线弯曲为单像元尺寸6.2%、色畸变为单像元尺寸5.8%,消除了谱线重叠和谱线偏移现象。设计方法对提高遥感仪器的光谱辐射定标精度具有一定的研究意义和工程价值。

摘要：为解决红外地球敏感器地面性能测试实验中需要模拟多种地球张角的现实问题,文中利用准直光学系统模拟目标,对多轨道红外地球模拟的技术进行了深入研究。提出一种可变地球张角模拟的总体方案,并对模拟器各关键部分锗准直透镜、可变地球光阑等进行了详细的光机结构设计,给出了设计结果和设计方法。针对地球模拟器地球张角检测的需求,还提出一种地球张角检测方法,搭建了检测装置,并对模拟的不同轨道对应的地球张角进行了实测,结果表明:对应于18 000、35 786、42 000 km三种轨道高度的地球张角模拟精度均优于±0.05°,完全符合对红外地球敏感器的标定要求。

摘要：为了精确测量激光晶体的动态热焦距,提出了一种指示光偏振变换测量方法。基于几何光学成像理论,建立了热透镜动态热焦距的表达式。将准直的指示光往返两次通过具有热透镜效应的激光晶体,利用偏振变换的方法使测量光束有效的从光路中分离出来,采用CCD相机对被测光束进行探测。搭建了激光晶体的动态热焦距的实验测量装置,分别测量了端面泵浦和侧面泵浦两种工作状态激光晶体的动态热焦距,最后分析了实验测量的误差。结果表明:利用指示光偏振变换法测量激光晶体的热焦距,测量误差仅为0.8 mm,能够满足激光器谐振腔设计要求。

摘要：针对高精度星敏感器在地面标定实验中与测试设备准确对接的实际要求,设计一种纳米级星敏感器标定用五维微调整机构.详细分析了光轴对准误差对敏感器测试的影响.为保证对接精确性,提出了搭积型调整架机械结构的设计思想;论述了二维平移和三维调整模块的设计方案;对调整机构进行了仿真建模和力学分析.对设计的微调整机构进行验证性实验,结果表明:位移分辨力可以达到25nm,角度分辨力可以达到0.1角秒,且稳定性高.设计的微调整机构可以满足星敏感器与测试设备准确对接的技术指标要求,确保了星敏感器定标结果的可信度.

摘要：为了满足基于硅基液晶(LCOS)拼接的动态星模拟高精度与高动态的要求,对传统的拼接方法及修正方法进行了提升与优化。提出了将拼接系统的一块偏振分光棱镜(PBS)拆分为三块PBS的方法进行光学拼接。针对新的拼接结构,设计了长出瞳距,低畸变、消色差目镜系统,并进行了像质评价。重点阐述了像差对动态星模拟器星点位置的影响,详细论述了一种基于星模拟器光学系统位置像差的修正方法。结果表明:光学系统在12°×12°的视场范围内,相对畸变小于0.035%,且在奈奎斯特频率为v=60lp/mm时,全视场的MTF不小于0.8。新的拼接结构提高了两片LCOS显示对比度的一致性,加强了动态星模拟器在星敏感器动态测试中的可识别率。新的修正方法提高了星图的显示精度,经测试其星间角距误差小于7″,符合设计要求。

摘要：为满足高分辨率昼夜凌空侦察和中低空战术昼夜侦察需要设计灵巧型双波段航空侦察相机,该相机的研制为发展新型机载光电侦察设备提供技术储备。根据目标在不同光谱波段下的光学特征设计可见、红外双波段光学成像系统,全视场传递函数达0.5以上。基于SiC材料反射镜设计一种叶片式柔性支撑结构,该结构能够较好的保证反射镜的面形精度,仿真结果显示反射镜在重力载荷和热载荷叠加的情况下面形精度优于12 nm。针对目前航空相机主支撑结构难于同时保证质量小且刚度高的问题,采用NX/Narsrtan软件对相机主支撑结构进行优化设计,优化结果使相机框架结构一阶固有频率提高15 Hz,质量减小10%。通过环境试验、动态成像试验及分辨率检测试验验证设计结果的正确性。相机切实可行的光机设计有效地保证整个系统的性能指标都能满足设计要求。

摘要：为了满足光学姿态敏感器地面标定更高精度的应用需求,针对当前敏感器地面测试设备的标定精度与设计值不一致的实际问题,提出了一种分辨率高、稳定性好的五自由度精密调整机构设计方案。分析了光轴一致性误差对星点位置误差的影响,结合姿态敏感器技术指标,采用搭积的调整层结构形式及合理的消隙方法,设计符合敏感器标定要求的调整架机械结构并进行力学分析。仿真结果与测试数据表明:调整机构的实测位移分辨率优于0.1μm,角分辨达到0.1″,在对星图的反复测试中,降低了光轴一致性误差对测试结果的影响,星点位置误差比使用常规调整机构时提高了5″以上,达到了敏感器地面标定的精度要求。

摘要：针对光电对抗稳定平台中的变焦镜头进行了光机结构设计及热光学特性分析。根据30~120mm变焦要求采用凸轮机构进行结构设计。为确保工作在高低温环境下的光学系统获得高分辨率的目标图像,利用有限元方法分析了高低温环境下整机热变形与轴向温度场下变形位移,采用Zernike多项式对形变后的镜面进行拟合,带入Zemax软件分析出调制传递函数（MTF）、峰谷值（PV）、均方根（RMs）等评价函数随温度变化曲线,验证了光机设计的合理性。经过高低温可靠性实验对分析结果与变焦光学系统的温度适应性进行了验证。

摘要：为了解决常规姿态敏感器非在轨标定设备实测结果与设计精度存在偏差、且缺乏模拟目标天体特征功能的实际问题,本文提出一种利用多棱镜结合的LCOS光学拼接方式与亚像素显示技术相结合的高精度动态天体模拟器设计方法,实现对星点位置以及目标天体特征的精确模拟。详细论述了传统LCOS拼接形式两片光阀对比度低的原因,提出了基于两片PBS和两片半反半透镜的拼接架构改进方案;设计了小畸变、复消色差的高成像质量准直光学系统。重点阐述了亚像素显示技术的思想及方法,利用亚像素技术分别对动态星图和目标天体进行仿真并进行了实验测试。结果表明:模拟器的两片LCOS显示对比度相同,动态星图的星间角距误差小于±6″、星等模拟范围达到连续8个等级、星等模拟精度优于±0.3mV;可以提供目标天体特征模拟图片。高精度亚像素显示技术动态天体模拟器消除了LCOS显示对比度差异,达到了姿态敏感器识别特征点的准确性要求,基本可以满足敏感器非在轨精度标定与功能测试的要求。