摘要：以长焦距斜视相机俯角系统为研究对象,针对高动态下自准直检焦镜筒定位精度不高的问题,提出了一种基于高增益观测器的多环路控制策略。首先,根据俯角控制系统开环幅频特性曲线,建立了俯角位置控制系统的数学模型,从控制理论角度分析了所设计控制策略的可行性;然后,通过实际系统进一步验证了所设计控制策略的可靠性。实验表明,高增益观测器能够很好地估计镜筒在非惯性空间下的角速度和角加速度状态;相比于双闭环控制方法,本文提出的控制策略可将俯角位置控制扰动最大误差减少96.3%,保证了镜筒的检焦位置定位精度优于0.05°,因此具有较好的工程应用价值。

摘要：目前采用高分辨率全帧面阵CCD FTF5066M作图像传感器的航拍相机帧频一般不超过1 fps,为了满足高帧频应用,文中首先介绍了全帧型面阵CCDFTF5066M的基本驱动电路,并对其进行了改进,利用CCD 4个输出放大器进行同时输出,使最高帧频达到了3.4 fps,介绍了4路输出时CCD驱动时序、前端处理电路、直流偏置电路、接口电路等的设计,改进后的驱动电路能满足多种航拍相机的应用要求。然后对全帧型面阵CCDFTF5066M的非均匀性进行了分析,并建立了一种响应非均匀性检测系统。利用该系统分别对面阵CCD5066M的4个象限之间的非均匀性和每个像元之间的非均匀性进行了检测。在CCD响应度为线性的基础上,提出了两点校正算法并对非均匀性进行校正。通过校正4个象限响应灵敏度的标准偏差降低到原来的1/13。通过对鉴别率板的重新拍摄,可以看出面阵CCD的非均匀性得到了明显的改善。

摘要：为深入认识摩擦对航空相机扫描镜系统频率响应特性的影响,获得更准确描述该系统真实动态的模型,使用随机相位多正弦信号测量了扫描镜系统的频率响应特性并进行了线性近似参数模型辨识。首先,介绍扫描镜系统辨识的实验平台与激励信号选择。然后,使用奇-奇频率随机相位多正弦信号分别测量扫描镜系统在非激励频率处和激励频率处的输出对输入信号幅值的依赖,从而定量评估摩擦非线性的影响。最后,基于信号采样均值及噪声采样方差、协方差估计辨识了扫描镜系统线性近似参数模型。实验结果表明,扫描镜系统的摩擦非线性主要出现在奇频率处,高于噪声10dB;系统的频率响应特性依输入信号幅值不同而各异,在低于20rad/s频率区该差别尤为显著。由于摩擦非线性影响,扫描镜系统需要使用3阶模型描述;与正弦扫描方法相比,基于多正弦信号激励获得的参数模型可更好地描述扫描镜系统真实动态特性。得到的结果为控制器的设计奠定了基础。

摘要：光学传递函数是评价光学系统成像质量的重要指标。基于为数字航空摄影相机设计的一种新型航空镜间快门的工作特性,镜间快门在控制曝光过程中改变了相机光学系统的光瞳形状,意味着点扩展函数的改变,从而改变了光学系统的传递函数。将光学系统视为一个空间频率的滤波器,以傅里叶积分变换和光的标量衍射理论为基础,将孔径光阑的变化过程与光瞳函数建立关系,应用二次傅里叶变换法得到光学传递函数,分析快门在工作周期内对光学传递函数的影响。通过对计算结果与测量结果的对比分析可知,传递函数的最大绝对误差为0.196,最大相对误差为-0.274,有较好的准确度和重复性,并且缩小镜间快门开始和关闭阶段所用时间占整个曝光时间的比例,可以提高系统的综合传递函数,为中心快门的优化设计提供理论依据。

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：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：针对双高斯型长焦距光学系统后工作距离较长的特点,在光学系统的后工作距离内设计两块反射镜折转光路,缩小光学仪器的尺寸,节省仪器空间和质量。通过反射作用矩阵计算分析了加入两块反射镜后,系统成像不改变。设计了精密螺纹幅微调机构,用于调整反射镜的俯仰和方位角度,调整后固定;设计了十字线和辐射状相结合的像面标定工装及多显微镜组合使用的装调观察工具,提高了装调效率。规划出粗、精相结合的对无穷远目标标定的装调方法,最终标定像面。所使用的设计方案和装调方法在实际工作中切实可行。

摘要：为了满足军事探测环境下复杂、多样化的探测需求,机载探测平台往往集成多个探测系统。共孔径复合作为一种理想的集成方式,在综合各类探测系统优势的基础上,缩减了系统的总体积,减轻了平台负担。本文计算并设计了一种卡塞格林式红外与合成孔径雷达共孔径天线。首先,根据合成孔径雷达指标设计主镜;接着,通过像差系数与非球面参数组成的方程组求解卡塞格林结构;然后,在前端卡塞格林结构、冷阑参数和红外光学系统指标的限制下,利用PW形式的像差公式计算透镜的具体结构。最终得到的雷达天线口径为1.22 m,增益为40.9 dB,红外光学系统焦距为-1000 mm,全视场角为0.704°,次镜遮拦比小于0.33,在33 lp/mm处各温度区间MTF值大于0.4。所设计共孔径天线的各项指标均满足使用要求。