摘要：为了实现可见光波段多路不同波长激光的周期性闭环校正,设计了一种具有光束指向和位置偏差独立监测与调节的激光合束系统。首先,根据系统的应用需求,提出了合束系统的设计指标与整体合束方案。然后,在合束方案的基础上,建立了合束系统的光束控制模型,并通过数值仿真得到了合束系统光束控制的解算方法。闭环合束系统通过光束指向和位置监测装置分别实现合束激光指向偏差与位置偏差的独立监测,并根据监测结果进行光束调节装置控制量的解算;进而通过两维摆镜和一维平移台分别实现光束指向和位置偏差的独立高效调节。最后,采用两路不同波长的激光束,配合光束监测与调节装置,搭建了闭环合束模拟实验平台,对周期性闭环合束系统的合束效果进行了验证。实验结果表明:在长时间的工作过程中,两路激光均实现了与基准光路的精密合束,合束指向精度优于±7μrad,位置精度优于±0.84 mm。本研究所组建的激光合束系统不仅具有合束精度高、校正速度快、光路扩展性强的优势,而且可实现激光束的周期性闭环校正,能够有效保证合束激光的长期工作稳定性。

摘要：为了实现可见光电视的距离和温度调焦功能,设计了一款高精度、小体积的调焦平台。根据可见光电视的光学设计结果及功能需求,提出了调焦平台的主要技术指标。依据此指标展开了高精度直线电机、精密直线导轨、高刚度平台基座及调焦量计算公式的详细设计、选择与解算。其中,高性能元器件的采用确保了调焦平台自身的运行性能,调焦量计算公式的精准解算保证了可见光电视的调焦效果。在完成调焦平台的精密加工和装调后,采用电感仪和平行光管分别对调焦平台的行程、分辨力、全行程精度及其对可见光电视的温度调焦效果进行了实验检测与验证。结果表明:所设计的调焦平台体积小(80mm×90mm×30mm)、行程大(-2.5mm^+2.5mm)、分辨力(6μm)和全行程精度高(方位、俯仰方向偏差均不超过10″)、调焦量计算公式准确,能够保证可见光电视系统距离和温度调焦功能的实现。

摘要：为了实现可见光波段多路不同波长激光的高精度合束与发射,设计了一套用于激光指向误差监测的紧凑型光学监测装置。根据光电跟瞄发射系统对激光合束与发射精度的应用需求,提出了光束指向监测装置的设计指标。在明确监测装置应用空间的基础上,分别对装置的光电探测器、光学系统和机械结构进行了详细设计,采用上下分层多次折叠的光学设计有效压缩了监测装置的轴向尺寸。完成精密加工、装调后,对光束指向监测装置的焦距、调制传递函数和监测精度进行了实验检测。结果表明:所设计的光束指向监测装置不仅体积小(200 mm×180 mm×140 mm)、焦距大(约1002 mm),而且对光束指向的监测精度高(优于10.0μrad),满足光电跟瞄发射系统的应用需求。

摘要：为了实现可见光电视的两档变焦,设计了一款高重复精度、小体积的镜组切换机构。首先根据可见光电视的光学设计结果和功能需求,提出了摆动式镜组切换机构的主要技术指标;然后,根据此指标开展了镜组支撑板、步进电机和伺服控制系统的详细设计或选择;在完成镜组切换机构和可见光电视的精密加工、装调后,对切换机构的切换时间、重复精度及可见光电视在两种焦距状态下的成像效果进行了实验检测与验证。结果表明,采用步进电机驱动、齿轮传动增扭、光电开关反馈、机械停挡精确定位、弹簧拉力保持等手段研制的镜组切换机构,不仅外形尺寸小（128 mm×140 mm×135 mm）、切换时间短（0.9 s）、重复精度高（方位、俯仰均不超过20″）,而且在可见光电视系统中的应用效果良好,为高性能、低成本变焦距电视的研制提供了一种新选择。

摘要：机载视频测量吊舱正常工作在几千米的高空中,吊舱测量功能比较复杂,需要在地面对操作人员进行模拟训练。设计了一种在地面上对机载视频测量吊舱的操作人员进行训练的装置,主要部件包括支架、同步齿形带及带轮、电机、导轨及滑轮、机弹分离模拟装置和限位装置等。从总体和各部分组件的角度入手,对关键结构部件进行了分析计算和结构设计。该装置能够为视频测量吊舱提供一个跟踪平台来模拟运动目标及输入扰动,供操作人员在平时不断的练习相关操作及熟悉各种测量信息,有利于高效地完成吊舱设备的测量任务和后期维护使用。

摘要：为了实现可见光波段不同波长多路激光的精密合束,设计了一套激光合束系统。通过长焦距镜头和高缩束倍率镜头配合大面阵光电探测器分别实现合束激光指向与位置的高精度、实时监测;通过高精度的角度调节平台和位置调节平台分别实现光束指向和位置监测误差的实时补偿。在完成光束指向、位置监测镜头的设计加工及精密装调后,获得位置监测装置的监测分辨率为0.054 mm,指向监测装置的监测分辨率为3.5μrad;在完成光束位置校正平台、指向校正两维摆镜、闭环控制系统合束流程的详细设计后,对合束系统的合束精度进行实验检测和误差分析。实验结果表明:合束系统短时间内针对稳定光束的合束精度为:指向6.17μrad,位置优于0.66 mm;长时间内针对缓慢漂移光束的合束精度为:指向18.46μrad,位置优于0.72 mm。因此,所设计的激光合束系统合束精度高,并且可及时对光束的漂移误差进行自动补偿,满足系统的应用要求。

摘要：为了有效吸收反射镜偏转造成驱动点的横向位置偏差,保护压电陶瓷驱动器,抑制反射镜在非工作方向上的自由度,提高系统谐振频率,设计了基于压电陶瓷驱动的快速反射镜三自由度柔性支撑。首先根据压电陶瓷驱动的快速反射镜对柔性支撑的设计要求确定了由支撑杆与支撑片组成的三自由度四周式柔性支撑方案,再利用压杆稳定性理论与变形能法对支撑杆与支撑片进行参数设计,最后利用workbench对设计结果进行分析。有限元分析结果表明,直径1 mm、长度8 mm的柔性支撑杆的应用可以使压电陶瓷的剪切位移减少86.7%,柔性支撑片的应用使反射镜一阶模态为轴向平移振动,谐振频率为360 Hz,二三阶模态为反射镜两轴偏摆振动,谐振频率为420 Hz,而高阶模态在1 000 Hz以上。三自由度柔性支撑可以有效防止压电陶瓷受到剪切破坏,提高快速反射镜结构谐振频率,有利于提高系统闭环带宽。

摘要：红外相机的安装基座作为所有光学元件的安装基准,它的结构刚度直接影响着相机的成像质量。为了实现支撑基座的高刚度、低重量和小体积,从机载红外相机的性能指标和光学系统设计结果出发,结合机载环境的应用需要,提出了红外相机安装基座的设计要求;采用UG三维软件优化设计出"U"形和箱体式两种轻量化结构的安装基座,并采用Patran有限元分析软件对设计结果进行了仿真计算。对比计算结果可知:"U"形安装基座的最大变形量是箱体式结构的6.8倍,最大内应力是箱体式结构的3倍;在确定了安装基座的箱体式结构形式后,对优化设计的安装基座进行了模态分析和扫频试验,基座的固有频率约为560 Hz,满足设计指标要求。此外,分析结果与试验数据接近也证明了设计方法和分析手段的正确性。

摘要：为了减小万向轴系式快速反射镜(FSM)的轴向间隙,改善FSM系统的指向精度,设计了一种轴系间隙消除装置。在明确万向轴系式FSM结构原理的基础上,分析了FSM系统指向误差的来源。然后,设计了轴系间隙消除装置,计算了压缩弹簧预紧力并对它的结构参数进行了设定。最后,针对是否装有轴系间隙消除装置的FSM系统的指向精度进行了对比测试。结果表明:该轴系间隙消除装置能够有效改善FSM系统的指向精度,使其在方位方向提高约4.4倍,俯仰方向提高约3.3倍。此外,在刚性支撑轴系基础上设计的弹性轴向间隙消除装置,不仅改善了万向轴系式FSM的指向精度,还为系统的运动部分提供了二次刚性支撑,从而进一步提高了FSM的承载能力。

摘要：为了改善快速反射镜(FSM)对车载运动平台振动、冲击环境的适应性,设计了一款具有中心和四周两个双轴柔性铰链支撑结构的FSM。在明确车载跟瞄发射系统应用需求的基础上,分别对FSM的平面反射镜、驱动元件、测角元件和柔性铰链进行了详细设计和选择。采用两两差分的方法对四通道电涡流传感器的测量噪声进行抑制,有效保证了FSM的测量精度。采用有限元分析的方法对中心和四周柔性铰链的模态和刚度进行分析与优化设计,有利保证了FSM控制带宽的提高。完成FSM的精密加工、装调后,对系统的指向精度、控制带宽和阶跃响应时间进行了实验测试分析。结果表明,所设计FSM的指向精度优于1″,闭环控制带宽大于200 Hz,阶跃响应时间约为10 ms,满足车载平台系统的应用需求。