摘要：基于光、机、电一体化的设计思想,研制了一套高精度扫描镜机构,用于提高空间相机对某些特定暗目标的观测能力。首先,根据相机总体下达的性能指标,讨论了可行的驱动方案,确定了以步进电机为核心的系统控制方法。然后,介绍了驱动单元、精密轴系和扫描镜支撑结构3项关键技术。最后,给出了扫描镜机构的工程分析结果并进行了相关例行试验。试验结果表明:设计的扫描镜机构定位误差优于40″,在工作速度范围内相对速度精度优于7%(均方根值),主轴径向跳动误差为2μm,满足了空间相机对扫描镜机构在稳定性、位置和速度精度、体积、重量等方面的要求。

摘要：复合色散棱镜是高分辨力星载成像光谱仪的关键分光元件,其光机支撑是成像光谱仪工程研制阶段必须解决的重要问题。首先介绍了复合色散棱镜的工作原理,在此基础上给出了复合色散棱镜光机支撑的技术指标要求;接着综合考虑了热匹配、密度、弹性模量、可加工性等因素后选择了棱镜支撑结构材料;然后运用温度补偿法解决了复合色散棱镜中一块棱镜与支撑结构材料线膨胀系数不匹配的问题,采用半运动学安装方法对两块棱镜进行支撑;最后给出了复合色散棱镜组件力学和热学分析结果并进行了相应试验。试验结果表明:复合色散棱镜组件一阶基频达301.5Hz,在20℃±5℃温度范围内组合光程差优于0.021λ(λ=632.8nm),能够满足成像光谱仪工程研制需要。

摘要：空间多用途双面反射镜是某型星载高光谱成像仪的关键光学元件,其设计与制备是高光谱成像仪工程研制阶段必须解决的重要问题。介绍了一面为光学反射面、一面为漫反射面的双面反射镜构成方案;综合考虑了两种反射面特性要求选用了6061铝合金作为镜体材料;从径厚比、轻量化结构形式、安装界面等方面开展了反射镜的结构设计和有限元分析;在此基础上探索了合理的制备工艺并完成了研制工作;介绍了双面反射镜性能测试装置并给出了测试结果。测试结果表明,6061铝合金双面反射镜光学面面形均方根值达到0.023λ(λ=632.8 nm);正入射条件下漫反射面的归一化漫反射特性与标准漫反射板相当,能够满足工程研制需要。

摘要：研制了一种高集成度的摆镜驱动模块,用作空间光学遥感器摆镜机构的动力单元。基于光、机、电一体化的设计理念,选择合适的步进电机,研制了大速比的谐波减速器和16位光电编码器,从而构制了紧凑型驱动模块。对该模块的轴系精度、位置精度和速度精度分别进行了分析和测试,测试结果显示,轴系径向跳动<3μm,端面跳动<1μm,定位精度<40″;理论速度为0.1°/s时相对速度精度为19%,5°/s时相对速度精度为6.8%。试验结果表明,该驱动模块质量轻、输出力矩大、传动精度高,满足摆镜机构对驱动系统的指标要求。

摘要：激光武器已经成为未来大国战略制衡,改变战争样式的重要手段。它通常采用以哈特曼波前探测为反馈的自适应光学(AO)系统提升光束质量,保证毁伤效果。但由于环境中气压的改变,空气折射率、玻璃材料折射率发生变化从而引入额外的波前探测误差,难以保证光束质量。校准光源的引入可以实时标定AO系统,去除系统误差,保证校正效果,但同时也要求了校准光源的绝对稳定。因此本文设计了一款适用于宽气压范围的校准光源。首先,基于气压对光学系统的影响,通过分析像面位移系数和材料折射率关系,采用合理搭配光学材料,分配光焦度的方法补偿气压对光束质量的影响;再次,建立光学系统仿真模型,分析系统的波像差的稳定性和公差分配,为实验平台的搭建提供基础;最后,建立实验平台、验证设计结果。结果表明:气压在0.05~0.1 MPa范围内,相比于0.1 MPa的工作点,波像差呈先降低再上升的趋势,0.08 MPa达到最小,波像差PV值从0.087 4λ变动到0.019 8λ,最大变动量为0.067 6λ。校准光源的稳定性得到了满足,实现了对压强变化的有效补偿。

摘要：为检测超光谱成像仪指向反射镜的运动特性,设计了一种非接触式指向反射镜运动特性检测系统,在系统加工、装配前,分析各误差源对系统不确定度的影响,制定系统的误差分配方案。采用齐次坐标建立含有加工、装调误差的数学模型,通过曲线拟合得到指向反射镜转角和光斑中心位置关系曲线,依据相对位置测量误差进行误差分配,降低了加工、装调的要求,确定了系统的误差分配方案,保证指向反射镜在11°转角范围内系统不确定度小于2″,分辨率为0.5″。提出的误差分配方案大大降低了系统加工、装调难度,验证了系统设计方案的可行性。

摘要：介绍了超光谱成像仪采用的组合色散棱镜的支撑结构形式,讨论了温度变化对成像的影响。根据使用需求选择了支撑座的材料,模拟了5～10℃温差条件下棱镜组件的变形情况。利用有限元法解决材料线膨胀系数不同所引起的棱镜反射面变形,并分析了采用聚四氟乙烯垫片做温度补偿后垫片的厚度及接触面积对石英棱镜面型的影响。实验结果表明,在支撑座和棱镜之间增加聚四氟乙烯垫片后,石英棱镜的面型达到了λ/6的指标要求。本文提出的优化方法为组合色散棱镜支撑结构的设计提供了参考依据。

摘要：为了提高扫描反射镜转角检测系统的测角范围,建立了基于一字线激光器和线阵CCD的高精度非接触式扫描镜角度检测系统。介绍了检测系统的结构和工作原理,该系统根据激光光斑在CCD上的位置计算扫描反射镜的转角,并利用特殊设计的阵列反射镜增大测角范围。为了降低对加工及装调精度的要求,对系统进行了误差分析,给出了采用多项式拟合法进行角度测量的理论依据。讨论了影响系统检测精度的一系列误差源,计算了系统测量的总误差。最后进行了相关的测量实验。实验结果表明:系统的检测系统分辨率为2.5″,测角范围为11°,测角精度可达3″,可以满足扫描反射镜对角度测量系统提出的高精度、非接触、大测角范围的要求。

摘要：为了满足高光谱成像仪对地运动补偿的需求,设计了一套扫描镜装置并详细分析了扫描镜的运动精度。首先,介绍了扫描镜的运动补偿原理和性能指标要求,据此给出了基于步进电机与谐波减速器的扫描镜驱动方案。接着描述了驱动模块、镜子支撑、轴系及控制电路等子系统的设计方案,然后分析计算了扫描镜的位置精度和速度精度,最后得出了位置精度优于1′,速度精度3.4%～5.2%的结论。试验结果表明:扫描镜位置精度达到40″,而扫描镜速度精度为5.3%。扫描镜运动精度满足高光谱成像仪的成像需求。

摘要：面向商业航天用空间激光通信5~10 Gbps星间链路传输速率以及厘米级的星间高精度测距需求,本文分析了目前国内外使用的三种激光通信体制的特点以及应用场景,提出了一种新的OOK体制测距方法,采用FPGA+高精度鉴相器+ADC设计方案,降低了工程应用成本,试验结果表明测距精度小于1 cm;研制了采用本文方法的OOK通信测距单元原理样机,开展了5 Gbps通信码速率下测距精度试验验证,试验中记录了两台样机各自发送测量数据帧和接收测量数据帧的本地钟时间,通过信号处理方法消除系统误差,并开展了包括时钟及PPS不同情况下的测距精度测试、插拔光纤前后的测距精度测试以及断电前后测距精度测试等,测试结果显示各种模式下的测量距离测距精度均优于1 cm.本文的技术可用于星座组网星间激光通信终端的设计与研制中,将有效提升我国激光星间链路的通信及测距能力.