摘要：为降低光束质量测量系统中阵列光纤输出串扰导致的测量误差,本文提出了硬件设计与算法构建相结合的串扰校正方法,并就此展开了相关的原理研究与方法验证。首先,基于光束质量测量要求和光纤传光原理分析了阵列光纤的串扰影响;其次,结合朗伯散射原理和实验结果验证了校正串扰的原理:使用朗伯体降低阵列光纤输出光发散角差异,并建立统一的弥散光斑串扰模型,再采用反卷积算法复原到靶光斑;再次,介绍了针对性的反卷积算法原理,并就相关参数的设计展开了讨论;最后,对真实光斑、光纤输出的未校正光斑及已校正光斑进行对比分析,实验验证了校正方法的可行性。实验结果表明:与未校正光斑相比,校正后光斑强度分布的相对均方根误差由36.06%降至4.67%,桶中功率的相对均方根误差由7.79%降低至0.73%,86.5%桶中功率所在束宽的测量相对误差由10.83%降至3.46%,结合校正算法的图像处理和参数计算总时间约为8 s。

摘要：针对复杂机械产品研发过程中几何数字样机与性能数字样机模型转换时信息丢失的问题,构建了数字样机的模型驱动体系架构,并通过解析STEP文件的组成要素,建立了基于数字样机的平台无关模型(platform independent model,PIM);提出了基于模型驱动的PIM到UG软件、到Adams软件、到Abaqus软件的平台相关模型(platform specific model,PSM)的转换方法;基于异构软件接口和脚本语言,开发了上述3个平台的模型驱动模块,并进行了实例验证。结果表明,应用模型驱动技术可实现机械数字样机专用软件之间模型信息的共享,所开发的模型驱动模块能够快速进行仿真分析并及时输出结果。

摘要：对于恒星光斑成像,传统的梯度评价算法在重度离焦情况下梯度细节薄弱,难以识别正确的调焦方向。为了实现跟星系统对恒星的快速成像和可靠跟踪,建立了针对恒星成像特征进行评价的自动调焦系统,对系统的聚焦评价算法、自动调焦结构以及自动控制系统进行研究。通过跟星系统成像的灰度分布情况分析光斑图像梯度特征在正焦和离焦时的区别。根据恒星光斑成像灰度级差异变化的特点,将背景值纳入评价贡献,在传统的梯度评价函数中加入光斑信号灰度差异贡献。设计适用改进算法的调焦硬件结构和系统结构,利用步进电机和调焦底座组成调焦组件,通过计算控制单元驱动调焦组件实现自动调焦系统。利用搭载调焦系统的跟星装置进行实验和分析。实验结果表明:自动调焦装置能够在跟星系统中稳定地进行调焦工作,且改进算法相对于传统梯度算法有着更好的调焦方向性,在保持传统梯度算法67%灵敏度的同时,将局部极值点减小为0。改进算法不受梯度细节薄弱影响,能够在不同离焦程度下保持较好的调焦方向性和正焦灵敏性,跟星系统在搭载自动调焦装置后能够快速搜索合适焦距并进行大气光学特性测量。

摘要：利用位置敏感型光电倍增管(PSPMT),设计了测量聚焦光束漂移的实验装置。该装置在80mm的有效探测面内实现了2维位置信号的直接探测,空间分辨率可达1 mm,明显优于四象限探测器和阵列探测器,最高采样频率可达80 kHz,且动态范围很大,优于一般的成像器件。在近海岸海面上5 m处的大气边界层中进行了距离为1 000 m的聚焦激光传输实验。测量结果表明:聚焦光斑的质心漂移具有各向异性,水平方向光斑漂移幅度一般介于5.61 mm和14.83 mm之间,垂直方向光斑漂移幅度介于3.54 mm和7.3 mm之间,两者之比的平均值为1.69;水平方向和垂直方向的光斑漂移功率谱密度(PSD)在低频段也存在差异,垂直方向光斑漂移的PSD比水平方向光斑漂移的PSD下降速率更快。

摘要：天文选址的决策和激光传输系统的设计和应用需要掌握大气光学湍流的时空变化规律。利用HTP-2型温度脉动仪测量近地面湍流,用大气相干长度仪测量整层湍流积分效应。分析折射率结构常数C2n的实测数据,得到近地面光学湍流月平均和季平均的变化规律。分析了早晚两个"转换时刻"不同参数的变化规律。根据广义Hufnagel-Valley模式反演得到夜间、白天及"转换时刻"整层湍流廓线,比较了不同时刻湍流廓线的特点。在连续多年实测数据的基础上所得结论全面可靠,具有重要的工程参考价值。

摘要：基于不同波长的光闪烁,采用修正的大气湍流Hill谱模型,提出了一种同时反演大气湍流内尺度及折射率结构常数的方法.假定内尺度在某一个范围内取值,对于不同波长的闪烁指数,如果当内尺度取某一定值时,由光传输理论计算的C2n(λ1,...)和C2n(λ2,...)相等,反演成功.根据此原理设计了三波长闪烁计并在某地进行了外场测量.近地面大气湍流的内尺度一般在2～10 mm之间,且随折射率结构常数(其量级为10-16～10-13)的变化而变化,两者之间存在一定的正相关;任意两波长组合进行反演得到的内尺度(或折射率结构常数)值具有自洽性,其相关系数的最小值为0.81,因此证明了该方法的可行性.

摘要：为了实时测量多个波段激光大气透过率,研制了ISP02型近红外太阳辐射计。详细阐述了该仪器的硬件组成、光学系统设计以及工作流程,并对仪器进行了定标,给出仪器能达到的性能指标。依据建立的基于太阳宽谱直接辐射测量获取激光波段大气透过率的方法,实测得到1.064,1.315,1.54μm大气透过率,将结果与POM02型太阳辐射计采用外推法获取的激光大气透过率进行对比,误差均小于6%,测量的水汽总量与POM02对比,误差均小于7%;然后,将两者外推的3.78μm透过率进行对比,误差均小于5%。秋冬季实测的1.315μm透过率与激光大气传输评估软件对比,误差小于2%。该仪器测量结果可靠、性能稳定,可为同时获取多个波段激光大气透过率提供有效测量手段。

摘要：光波在大气中传输时,由于湍流的存在导致相位扰动造成光电系统的成像质量下降。自适应光学系统用于校正湍流的影响,但优化自适应光学系统性能以及大型望远镜在选址、设计和运行时都需要监测台址的光学湍流强度及其积分参数。测量高空大气光学湍流需要耗费巨大的人力、物力和财力,并且由于测量方法的限制难以在全国大范围连续地测量。介绍了基于数值天气预报(WRF)模式,依据湍流参数化模型模拟得到光学湍流强度廓线。模拟结果与在高美古观测站探空实测数据进行了对比,结果表明模拟的光学湍流强度廓线展现了高空大气光学湍流廓线的变化特征,与实测结果基本一致。

摘要：研制了一款具有太阳跟踪和全天空扫描功能、基于直流无刷力矩电机的两维伺服转台,该转台能在水平360°、俯仰180°两个自由度上达到10"的定位精度,可满足全自动跟星观测的跟踪精度要求。转台使用适用于低温环境的力矩电机及其他相应低温器件,可在-40~50℃环境下正常工作,以满足野外应用的需求。紧凑和轻量化设计使转台具有便携性。转台的控制系统采用基于ARM9架构的宽温开发板,板内移植了Linux内核,内核支持多种功能模块的添加,有利于转台后期的功能完善和改进。转台既能在上位机软件控制下运转,也能在自身内部程序引导下单独工作,搭载微型光纤光谱仪探测组件可用于天光背景辐射的光谱扫描测量。

摘要：基于一阶微扰法,推导了涡旋光束在大气中传输的稳态热晕解析表达式,并得到了由热晕引起的涡旋光束的相位畸变表达式。通过数值模拟涡旋光束在大气中传输的光强等值线分布,详细分析了传输距离、初始功率、横向风速、大气吸收系数和初始半径对涡旋光束热晕的影响。研究结果表明,在其他参数不变的情况下,单一增大涡旋光束的初始功率、传输距离和大气吸收系数,热晕效应会增强;相反,单一增大初始半径和横向风速反而会减小热晕效应。在有风的情况下,由于热晕作用,涡旋光束会向来风方向偏折,峰值强度发生移动,形成不对称的分布,且涡旋光束在沿风向和垂直风向的相位变化有所不同。所得结果对高功率激光在大气传输中的应用与高能激光器的发展具有重要的指导意义。