摘要：为了提高科考人员探测未知环境时的安全系数,实现无接触测量,同时解决二维平面成像无法获取物体距离信息和尺寸信息的问题,设计并实现了一套基于单点脉冲激光测距仪的三维扫描成像系统。首先,利用方差过滤和高斯拟合提高单点激光测距的精度。其次,修正云台角度偏差后通过云台的转动有序扫描并获取物体表面的点云数据。最后,利用具有噪声的基于密度的聚类算法对获取的点云噪声进行滤波,得到轮廓分明、角度清晰、距离准确的三维点云图像。在室内对普通纸盒的成像实验结果表明,该系统测量距离、物体面积以及角度拟合的误差均小于5%;在室外对200 m内的大型建筑进行成像,结果表明,该系统能有效探测未知环境和感知障碍物。

摘要：为了实现自适应光学系统性能的在线实时评估,提出并设计了一种基于FPGA和DSP的嵌入式处理平台。该嵌入式处理平台以FPGA作为协处理器,实现前端的高速数据缓存,以DSP作为主处理器,实现后端复杂的信号处理;根据哈特曼波前传感器探测的残余斜率,在线实时计算自适应光学系统的点扩散函数、斯特列尔比、半高全宽和调制传递函数。结果表明,系统点扩散函数计算误差为10-11量级,斯特列尔比的计算误差为10-3量级,半高全宽的计算误差为10-4倍衍射极限,调制传递函数计算误差为10-4量级。该嵌入式处理平台具有运算精度高,结构简单,便于系统集成,通用性强等优点。

摘要：中国1.8 m太阳望远镜(Chinese large solar telescope,CLST)致力于对太阳偏振的高精度及高灵敏度测量。然而其系统本身会引入仪器偏振,并且在望远镜运行的过程中,仪器偏振会随其指向的变化而变化。这就降低了系统的测量精度。因此,需要一个偏振标定单元对其仪器偏振进行标定。为此,本文对偏振标定的原理和方法进行了研究,并且给出了针对CLST的偏振标定单元设计方案。

摘要：针对随机并行梯度下降(SPGD)算法实时性强,同时具有一定的灵活性的要求,本文提出了一种基于FPGA的SPGD算法硬件实现方法。该方法首先划分了各功能模块,然后对关键模块进行了实时化处理,并使用"流水线"和RAM技术设计了可升级和扩展的变形镜控制模块。最后将该算法实现并应用到61单元自适应光学激光实验中,结果表明本文的设计可使用不同的性能指标实现变形镜的SPGD算法闭环控制,并能同时完成倾斜镜的控制,达到了实时性和灵活性的要求。

摘要：为提高自适应光学(AO)系统中倾斜镜(TTM)的控制性能,提出了一种基于滤波的线性自抗扰预估控制(FLADRC-Smith)方法。该方法利用Smith预估器提升了系统误差抑制带宽,同时设计滤波环节修正TTM控制量,保证系统对高频扰动信号的抑制性能。仿真建立AO倾斜校正模型对该方法进行验证,结果表明,所提方法能有效提高系统带宽和TTM动态响应性能。在纯时滞系统中,该方法相较于比例-积分(PI)控制将系统的误差抑制带宽提升了4.56倍;在同等误差抑制带宽条件下,将该方法在纯时滞系统和二阶振荡时滞系统中与比例积分预估(PI-Smith)控制方法对比,系统抑制内外部扰动能力更强,TTM的动态响应性能提升了20%以上。

摘要：提出一种基于1维线衍射光栅的CCD相机光电响应特性标定方法,该方法利用衍射光栅对入射光束的分束特性,在远场焦平面内形成一系列衍射子光斑,采取有效的方法对多组衍射子光斑峰值测量数据进行融合,得到测量灰度值及通过理论计算得到的理论灰度值,拟合两组数据从而完成对CCD光电响应特性的标定。根据实验室现有的激光源与聚焦光学系统的参数,设计了一系列1维线光栅,完成某特性未知的红外CCD相机对中红外激光光电响应特性的标定。该标定方法具有光能利用率高的特点,多组测量数据的融合扩大了CCD标定的范围,并对标定结果在光斑真实形态重构中的应用进行了分析讨论。

摘要：为研究槽缝型缺陷参考平面对高速信号的影响,主要基于场路混合仿真,使用三维全波方法提取槽缝缺陷参考平面参数,并结合电路仿真,分别对单端微带线与耦合微带线跨越不连续参考平面的影响进行分析,讨论了这些影响是如何作用于高速数字系统的时序与噪声,并引入眼图予以说明。仿真结果表明开槽长度与宽度都会增大信号回路电感,信号上升沿时间会随着返回路径的增加而退化,从而引起高速数字系统时序抖动,耦合微带线间的串扰随返回路径增加而急剧增加,在抖动与噪声的共同作用下,会对系统数据接收到的信号产生破坏性作用,在高速PCB设计中应遵从使返回路径最小的原则,避免共同的信号返回路径是关键。由此总结出降低不完整参考平面高速互连线间耦合及串扰的设计规则。

摘要：针孔直径的大小是影响自参考干涉波前传感器测量精度的重要因素,在实际应用中应根据测量精度要求以及强度通过率来选择.首先基于傅里叶光学理论分析了针孔直径对参考波前质量以及强度通过率的影响,然后通过数值仿真和实验对其进行证实.研究结果表明,当针孔直径等于艾里斑直径的一半时可以产生高质量的参考波前,对于峰谷值不小于一个波长的畸变波前,其参考波前的均方根值低于λ/100.这些理论分析和实验结果可为自参考干涉波前传感器的设计和精度分析提供有价值的参考和指导.

摘要：为了使若干拼接子孔径能够按设计目标组合为等效大口径望远镜,各子孔径必须达到光学的同相位。提出了一种基于四棱锥传感器的共相方法,通过实验标定拟合传感器信号和平移误差的正弦关系,反求平移误差。实验结果表明:平移误差的测量值和真实值基本符合线性关系,拟合后均方根误差约为19.2 nm,平移误差的测量值能够客观准确地反映实际误差。在此基础上,对7孔径拼接镜进行了近共相校正,校正后分辨率提高了近6倍,与传统方法相比,所提方法具有结构简单、响应速度快、光能利用率高等优点。

摘要：针对Miguel等人提出的质量图引导相位解包裹算法中串行运算效率较低的缺点,构造了一种多个低可靠度区块并行合并的改进算法。在满足原始算法设计思想的前提下,对解包裹路径进行重新定义,并根据原始算法的解包裹路径非连续的特性,构建了一种低可靠度区块乱序合并的策略,使得多个低可靠度区块的合并任务可以同时进行。改进算法采用多线程软件架构,主线程负责循环遍历未处理的区块,子线程接收待处理的区块执行合并任务。实验结果表明,改进方法与原始算法的处理结果完全一致,而并行改进策略可有效利用计算机多核资源,使得相位解包裹算法的运行效率提高了50%以上。