摘要：为确保工作在高空复杂环境下的光学遥感器获得高分辨率、高质量的目标图像,对透射式高空光学遥感器的热控制技术进行了研究。分析了光学遥感器的结构特点及航摄时的外界热环境,建立了光学遥感器的热交换模型,详细计算了传导换热、对流换热系数、气动热等热边界条件。针对该光学遥感器的热控指标,详细阐述了热设计方案。利用IDEAS-TMG软件进行了瞬态热仿真分析,并进行了热平衡试验和热光学试验。分析与试验结果表明,在模拟的高空低温低压环境下,2h内透镜组温度水平为20℃±1.5℃,轴向温差不大于3.1℃,径向温差不大于1.9℃,CCD组件温度范围为20℃～29.4℃,均满足热控指标要求;照相分辨率为51.5lp/mm,满足设计指标要求。分析与试验结果证实了设计方案的合理性与有效性。该研究方法和技术路线可为其他高空光学遥感器热控设计提供一定的参考。

摘要：提出了一种正反向1:2速比扫描模式的单向驱动往复式扫描反射镜模型,通过采用不完全齿轮传动机构和弹簧阻尼元件,在驱动元件不换向的前提下可实现反射镜正反转平稳切换。系统主要依靠弹簧的变形储能实现变速换向,降低了传统直驱式单面扫描反射镜系统换向过程中的驱动力矩输出要求。在正反向匀速扫描行程中,反射镜处于弹簧和驱动元件一对反作用力矩的共同作用下运动,有效消除了齿轮传动间隙,从原理上确保了系统传动精度。与传统直驱式单面扫描反射镜系统相比,该系统的驱动元件无需正反向切换,避免了传统系统因驱动元件频繁换向给电控设计带来的问题,而且降低了系统对驱动元件性能要求,在提高扫描频率方面具更具优势。该模型在轻小化、大行程、高精度光学扫描系统研制方面具有较大的开发应用潜力。

摘要：为提高成像效率,研究了基于雪崩光电二极管(APD)阵列和分束照明的直接测距型无扫描激光主动成像系统。系统采用脉冲激光器作为光源,通过测量激光脉冲飞行时间来获取目标距离信息;基于达曼光栅进行分束照明以提高能量利用率。另外,光学系统采用收发共孔径结构,保证了目标处激光脚点和APD阵列各像元的几何对准。与参考APD所采用固定阈值时刻鉴别法不同,系统采用固定阈值与恒比定时相结合的时刻鉴别法处理回波APD阵列的输出信号以适应外光路参数的变化。各通道采用专用计时芯片TDC-GP22测量启停脉冲之间的时间间隔,实现了45ps的计时分辨率。最后,将19m和31m处放置的两个角反射器作为合作目标进行了成像实验,并给出了所获取的距离图像。结果表明:两个目标的平均距离分别为19.28m和31.54m,测距误差分别为0.28m和0.54m,显示提出的设计方案切实可行。

摘要：为了解决机载光电平台与载机间存在相对角位移造成目标定位精度下降问题,设计了一种机载光电平台相对角位移实时测量系统。对现阶段使用的机载光电平台目标定位精度不高的原因以及基于改进的多控制点相机在线标定与姿态测量等理论进行研究。分析了机载光电平台目标定位误差的主要原因;对基于单目视觉理论的机载光电平台相对角位移测量方案进行研究,并以相机标定理论为原型给出了相对角位移测量的数学模型;结合多控制点立体靶标并使用随机并行梯度下降算法(SPGD)与直接线性变换方法(DLT),给出了三步法求解机载光电平台相对角位移的方法;使用设计的方法对机载光电平台相对角位移进行了测量,给出了实验与仿真结果。实验结果表明:设计的机载光电平台相对角位移测量方法精度优于0.092°,单次测量平均耗时小于0.54ms,完全满足现阶段机载光电平台相对角位移测量的精度与实时性等相关要求。

摘要：在实际工程应用背景下,基于实际材料参数测试结果,借助有限元分析手段系统分析了切口半径r和最薄切口部位厚度t对圆切口单轴柔性铰柔度系数和等效转动半径dc的影响趋势,并归纳总结出简化的圆切口单轴柔性弯曲变形计算模型。为验证该模型的可靠性,搭建了相应的实验装置。与实测值相比,简化模型的计算误差优于10%,可满足工程应用要求。在此基础上,提出了基于圆切口单轴柔性铰链的两轴反射镜柔性支撑结构简化计算模型,该模型可大大减少经典理论模型的计算工作量,为此类反射镜柔性支撑结构的参数化设计和尺寸优化提供了参考依据。

摘要：由于数字微镜器件(DMD)空间光调制器结合图像传感器能同时探测高动态场景中的亮暗目标,本文研究了DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的应用。首先,介绍了DMD实现成像探测的原理,分析了DMD在高动态场景成像探测系统中的驱动控制方法。然后,根据DMD在高动态辐射场景成像探测系统中的工作特性,设计了能使光电成像设备提高66dB的DMD的驱动控制。文中阐述了系统的主要设计模块和工作参数,并结合实验验证了系统设计的正确性。实验结果表明:该驱动控制方法能够实现对高动态场景中亮暗目标的同时探测,满足对光电成像设备动态范围提高66dB的要求。若光电成像设备采用11位高灵敏高动态科学级图像传感器,则系统动态范围可达130dB以上。

摘要：为了进一步提高光电稳定侦查平台的抗干扰能力,文中提出一种基于扰动频率自适应的自抗扰控制新方法。首先,基于带宽单参数化的设计方法,设计了扰动频率自适应的扩张状态观测器,从而解决了传统扩张状态观测器对二阶及二阶以上系统扰动观测存在明显相位滞后的影响;然后,设计了带扰动补偿的控制规律;最后,在模拟飞行器中以2.5Hz以内任意频率扰动的作用下,测试其抗扰动的性能。实验结果表明:对比于传统的平方滞后超前控制器,采用于扰动频率自适应的自抗扰控制器,系统的扰动隔离度至少提高6.72 dB,且随着扰动频率大于0.5 Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况已达到12.94dB;同时,该控制器具有很强的鲁棒性,允许被控对象参数在10%的范围内浮动,满足高精度光电稳定平台的性能要求,具有较高的实用价值。

摘要：音圈电机驱动的快速反射镜在传统控制方法下具有严重的相位滞后,限制了其性能。针对这一问题提出了一种完全跟踪控制方法(Perfect Tracking Control,PTC)。首先,建立音圈快速反射镜系统离散状态空间模型,构建多速率采样系统,对长周期采样控制环节设计完全跟踪控制器;然后,对短周期环节设计基于离散滑模变结构控制的内回路补偿控制器。新方法实现了音圈快速反射镜对指令的完全跟踪,并有效补偿了外部扰动、模型不确定性以及机械非线性等因素对系统性能的影响,保证了系统的鲁棒性。实验结果表明PTC控制实现了系统工作频带的扩展,与传统PID控制相比,系统的阶跃响应调节时间缩短50%,静态位置波动峰峰值减小50%;与基于干扰观测器和零相差跟踪控制器的方法相比,系统的位置稳态误差由1.5%减小到0.05%。采用新方法的音圈快速反射镜对幅值360″的正弦位置指令跟踪的双十带宽达到375 Hz,有效改善动态性能,拓展控制带宽。

摘要：为了提高彩色大面阵航空测绘相机的成像分辨率和测绘精度,对其前向像移补偿的可行性进行了分析,并设计了前向像移补偿机构。根据航空成像的中心投影模型,研究了前向像移补偿下航空测绘相机内、外方位元素的变化对成像过程的影响,证明了前向像移补偿的可行性;设计了一套基于等径共轭凸轮机构的前向像移补偿机构,并分析了各种误差因素对测绘精度的影响;提出了基于仿射变换的误差纠正方法。实验结果表明,提出的前向像移补偿方法正确,机构引入误差的纠正精度可以达到0.001mm。

摘要：离轴三反光学系统目前常被多谱段共口径光学系统作为共口径端,检测离轴三反光学系统中凸非球面次镜时,需要通过补偿法来实现非球面的高精度检测,因此补偿器的优化设计是关键技术之一。对于二次曲面系数较大同时背面为非透射面的小口径凸非球面,无法采用非球面透射式的补偿法进行检测,因此采用凸非球面直接作为反射面的自准直平行光补偿检验法。根据设计思路,利用Zemax软件构建初始结构并对其进行优化,这样简化了初始结构计算过程,同时能得到理想的补偿器系统结构。给出了一个口径为80 mm、二次曲面系数为-6.5,F数为5.00375的凸非球面反射镜的补偿器系统的设计过程和公差分析过程,系统工作波长为632.8 nm,均方根值为0.000015λ,公差分配后残余波像差为0.0104708λ。