摘要：为了满足强激光系统对于合束光栅的宽带、高衍射效率及偏振无关的需求,本文提出了一种具有双层梯形结构的偏振无关合束光栅。首先,基于严格耦合波理论,建立了一种以粒子群优化算法为核心的偏振无关合束光栅设计模型,通过随机生成特征波长实现效率特性寻优。然后,详细分析了单层梯形和双层梯形结构光栅的槽深、占宽比、侧壁倾角等结构参数对光栅衍射效率及带宽的影响。最后,对两种结构光栅的电场增强特性进行分析讨论。结果表明,双层梯形结构偏振无关合束光栅在51 nm(1038~1089 nm)带宽范围内实现99%以上的理论衍射效率,相比传统单层梯形结构具有更大的工艺容差,容差范围内均满足30 nm带宽和98%的高衍射效率,同时具有更低的光栅近场增强,可以拥有更强的抗激光损伤能力。本文提出的宽带高衍射效率双层梯形结构光栅可以提高激光系统的输出功率,在激光合束领域具有重大的应用价值。

摘要：快速反射镜的工作环境一般比较恶劣,容易受到振动冲击、温度变化等影响,导致故障。本文针对最为普遍的恒偏差故障,提出了一种基于线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)的故障观测器设计方法,旨在提高故障检测的可靠性,增强快速反射镜的稳定性以及抗干扰能力。首先,采用基于汉克尔(Hankel)矩阵的模型辨识方法得到了考虑耦合效应的两轴快速反射镜模型。然后,建立了快速反射镜系统的故障模型,采用基于LMI的方法对快速反射镜的故障观测器进行设计。最后,通过仿真与实验对该方法进行验证。结果表明,当快速反射镜的两轴发生执行器和传感器恒偏差故障时,基于黎卡提(Riccati)方程的故障观测器只能检测出其中一个轴的故障,基于LMI的故障观测器对X轴能在故障发生后0.1 s内检测出故障,对Y轴能在故障发生后0.06 s内检测出故障。上述结果表明本文设计的LMI故障观测器能够更加准确地实现对快速反射镜的故障检测。

摘要：为了满足我国高海拔地区大视场天文望远镜进行微光探测的需求,基于长光辰芯公司的高性能sCMOS(Scientific CMOS)探测器GSENSE1516BSI,以Xilinx公司的Kintex-7 FPGA为主控芯片,设计了低噪声、高灵敏度、热电制冷器(Thermo Electric Cooler,TEC)主动制冷的成像系统,硬件部分包括sCMOS探测器外围电路、FPGA的读出电路和TEC主动制冷模块;软件部分包括时序控制模块、数据对齐接收训练模块和DDR3高速缓存模块。设计开发了大面阵像素数据的DDR3读写验证模块,可以在设计阶段预验证大面阵像素数据在DDR3子模块中缓存的可靠性,提前发现潜在的数据传输问题,优化了系统测试方案。最终经过整机测试,实验结果表明:设计的sCMOS成像系统工作稳定,读出噪声为4.33 e^(-),制冷温度可达-30℃,-30℃下暗电流为0.15e^(-)/pixel/s,可稳定进行4 k×4 k大面阵像素数据的读出,满足大视场天文观测需求。

摘要：空间伺服系统可用于提高有效载荷的使用效率和搭载卫星的寿命。可用于空间观测、空间预警和态势感知等领域,但受到重量、转动范围等因素的限制。本文提出一种由三根电动推杆组成的三推杆伺服系统。每根电动推杆两端均通过球铰链分别与有效载荷和卫星平台连接。通过不同电动推杆的伸长和缩短,实现伺服系统的转动;通过设计电动推杆行程,获得不同的转动范围。本文对三推杆伺服系统的自由度进行了解算;结合实际设计了三推杆伺服系统的60°转动范围;增加了解锁机构,以满足力学性能要求;分析了伺服系统的热适应性,证明可以作为星载接口使用。结果表明三推杆伺服系统可以用于空间环境;具有较大的转动范围,重量更轻;可以进行空间目标搜索和跟踪;可以完成并替代以往需要卫星机动、调姿的任务,节省卫星燃料。

摘要：海上溢油会对环境造成极大破坏,及时准确探测及识别对溢油的治理具有至关重要的作用。日盲紫外溢油监测受太阳背景辐射影响更小,可以提高溢油监测的准确率。研究设计并搭建水面油膜在日盲紫外、中波紫外和长波紫外波段反射光谱测试光路,对海洋溢油的四种模拟目标(95#汽油、35#柴油、20#柴油、轻质原油)展开反射光谱测试,分析了反射率随油膜厚度的变化趋势。采用单层膜特征矩阵模拟计算不同厚度油膜在不同波长下的反射率。实验与仿真结果表明,成品油和原油在日盲紫外波段的反射率均比海水更高,反射率随油膜厚度的改变近似周期性震荡最后趋近于纯油的反射率,周期大小和反射率峰值主要由油的复折射率和油膜厚度决定,实验与数值模拟结果相符。研究结果表明,水面油膜与水体背景在日盲紫外波段的反射光有较高的可区分度、反射率震荡变化的油膜厚度范围更小,采用主动式日盲紫外反射光谱探测海面溢油可以提高检测准确度,为全天时全天候溢油监测提供可能。

摘要：在中国推进生态文明建设和“双碳”目标的背景下,二氧化碳和水汽浓度监测意义重大,TDLAS(可调谐二极管激光吸收光谱技术)气体检测技术发展迅速且具备优势。本实验设计了一种以STM32H7B0为主控芯片的频分复用型TDLAS激光驱动系统。利用频分复用技术,主控电路驱动激光器同时对两种气体进行检测。该系统采用STM32H7B0作为主控芯片,利用芯片内部的2路DA产生调制波形,通过AD8051实现V-I转换,实验电路采用NOR Flash系列的SST26VF064B存储芯片,以实现波形参数配比数据存储,同时利用上位机调整DA输出各调制信号参数,实现对激光器输出调制信号的控制。实验结果表明,2路DA的波形信号最大绝对误差均小于0.5%,可满足系统需求,实现对激光器的稳定信号驱动。

摘要：航天器在轨定位精度容易受到环境低频微振动和有效载荷引起的内部扰动的影响.本研究设计了一种具有高刚度的串联式压电作动隔振器.建立了压电隔振器的动力学模型和多传感器复合反馈控制方法,并比较了反馈控制参数的优劣和抗干扰特性.通过仿真模型验证了基于所提出的压电隔振器的可行性.通过实验验证了上述设计与仿真的准确性.结果表明,所提出的压电隔振器在1~25Hz能提供-15dB以下的基础振动衰减能力,在共振峰处可以衰减-25dB,同时具备高刚度特性.因此,该隔振器能够提供优异的低频隔振性能和惯性稳定性,有效抵抗有效载荷的内部扰动.

摘要：盲元以及非均匀性噪声的存在会导致红外图像的成像质量大幅下降。针对此问题设计了一种红外图像非均匀性校正算法。首先,介绍了两点校正算法的原理;然后对盲元的定义以及传统的常用盲元检测方法和盲元补偿方法进行了分析,并在此基础上提出了梯度阈值盲元检测法,即通过计算所有相邻像元之间的灰度差值得到盲元的判断阈值;接着采用改进的邻域代替法进行盲元补偿,并将上述算法用于某自研中波红外相机中;最后设计对黑体的成像实验,分别将本文盲元检测、补偿算法与现阶段的常用方法进行比较,对比校正前后图像的成像质量以及非均匀性指标。结果表明,本文提出的非均匀性校正算法可有效抑制盲元及噪声,校正后图像的非均匀性下降了65%,图像质量明显提高,可满足该自研中波红外相机的工作需求。

摘要：为了满足高灵敏度光学探测模块(简称探测模块)正常工作时的温度要求,解决其散热困难的问题,本文使用灵敏度分析方法,对影响探测模块热学特性的参数进行了相应分析。首先建立了探测模块在宇宙空间的热平衡方程,针对探测模块热学特性的设计参数,提取出了7个影响探测模块温度的相关参数。然后使用蒙特卡罗法对设计参数进行抽样,并通过有限元分析获取了200组样本。通过对样本的BP神经网络分析,获得探测模块温度分布与7个热设计参数之间的神经网络模型。最后基于建立的神经网络模型,对探测模块进行了BP-Sobol'全局灵敏度分析。分析结果表明,设计参数X_(1)、X_(2)的一阶Sobol'灵敏度值较大,对探测模块的影响最大,参数X_(1)、X_(5)和X_(6)的一阶灵敏度和总灵敏度相差较大,与其他参数交互效应对探测器温度输出产生了较大的影响,灵敏度分析为后续的热设计和热试验提供较强的指导作用。

摘要：空间光学相机拥有较高灵敏度，在面对外部强光干扰时所受到的影响更为严重。研究如何抑制强光对空间相机的干扰并设计有效的防护系统对确保相机安全性、延长相机工作寿命以及保障其有效运行具有重要意义。研究人员解析了在不同光学参数下，互补金属氧化物半导体探测器(CMOS)的眩光特性与相机入瞳处能量分布的关系；设计了基于机械快门和632.8 nm陷波滤光片的抗强光干扰主被动防护系统。选择632.8 nm连续激光器作为模拟干扰光源搭建桌面实验系统，通过强光干扰实验，验证了防护系统的有效性。实验结果表明，在实验相机面对外部强光源干扰时，CMOS探测器饱和面积达到106μm2(占探测器面积1/3)，主动防护措施能够在10 ms内快速响应，减少相机因强干扰光引起探测器过饱和或损坏的风险，有效提高相机的工作安全性；在632.8 nm谱段干扰光工况下，被动防护措施可使探测器饱和面积下降至原有1/100，并可以对靶标实现清晰成像，显著提高实验相机工作效率。主被动防护系统可以有效保障光学相机的安全工作，为相机在强光干扰环境中提供良好的防护效果，对空间光学相机抗强光干扰系统的设计具有参考价值。