摘要：为了避免连续变焦光学系统中,各组元像差自动设计对设计者经验要求高、计算复杂且计算量大的难点,提出了一种利用差值线性方程组进行像差自动设计的方法,并用此方法设计了一套可见光波段连续变焦光学系统。利用高斯光学计算理想近轴系统的结构参数;利用差值线性方程组进行系统像差自动设计,使系统的初级像差系数SI、SII与SIII在各焦距位置处近似相等;基于像差自动设计结果计算光学系统的初始结构参数;利用Zemax自动设计软件进行像差校正平衡。优化结果表明：系统可实现20~300 mm的连续变焦,且在截止频率50 lp/mm处,各焦距位置各视场的传递函数（MTF）均大于0.4。因此,应用差值线性方程组法进行像差自动设计,可以简化计算,减少对设计者经验的依赖,并且能够取得良好的像质。

摘要：针对某高光谱相机选择系留气球作为飞行平台的使用要求,设计了一台钢丝绳传动两轴稳定平台,对系留气球在方位和俯仰方向的姿态变化进行角度补偿。稳定平台的方位和俯仰传动机构均采用钢丝绳传动,方位轴和俯仰轴的连续驱动力矩分别为93.6 N·m和117 N·m,两轴的最高转速分别为25(°)/s和20(°)/s。对稳定平台进行了实验室测试,测试结果表明:稳定平台的传动精度为5μrad,传动误差不大于0.7%,方位轴和俯仰轴的开环控制伺服带宽分别为15 Hz和35 Hz,正弦跟踪精度均方根误差值分别为0.0045和0.0043。然后进行了外场飞行试验,稳定平台安装在系留气球底部,俯仰框架上安装35 kg的高光谱相机进行空中对地观测,飞行试验中获取稳定平台陀螺稳定数据,得到方位轴和俯仰轴的稳定精度分别为38.83μrad(RMS)和37.26μrad,满足高光谱相机稳定成像的指标要求。

摘要：建立了空中高帧频图像测量吊舱系统,用于飞机校飞和导弹离梁、下滑及飞行姿态等关键阶段的观测。为了保证系统中可见光与红外同视轴以及吊舱具有良好的气动外形,系统采用可见光与红外共光路设计。以光学标校配准法进行图像的配准,提出能够提高标校精度的处理方法,并对光学标校配准法的特点进行总结。比较分析了在时域内能达到实时性的几种图像融合方法及效果。最后,探讨了可消除不同分辨率的异源图像融合后的边缘痕迹的方法,提出采用窗函数法既可以保留融合的效果又可以消除融合后的边缘痕迹。实验结果表明:基于共光路设计并采用光学标校配准法处理100frame/s的异源图像,配准率可达到99%,稳定性为95%,配准耗时为2ms。所述方法基本满足空中高帧频图像测量吊舱对图像配准与融合精度,实时性和抗干扰性的要求,适合工程应用。

摘要：传统机载光电平台框架结构限制了其载荷比,采用新型串联球面机构可以解决这一问题但缺少运动学模型作为设计支撑。基于D-H参数法,建立面向机载光电平台的串联球面机构正、逆运动学模型;采用MATLAB进行运动学模型的解算,并与多体动力学分析软件ADAMS进行比对验证模型的正确性;搭建了实验装置对实际传感器数据进行采集并进行运动学模型验证实验。实验结果表明,运动学模型在实验装置上的计算值与实测值之间的误差在5%以内且主要来自实验系统的机械加工装调误差和传感器测量误差。建立的模型为基于球面机构的光电平台视轴指向控制等应用研究奠定了基础。

摘要：图像法进行航空相机调焦过程中,图像噪声的影响会使得调焦精度降低.然而对于图像信噪比和调焦精度两者之间关系的研究主要是基于实验结果和主观判断,没有通用性的理论和确切的结论。从理论上分析并给出两者之间确切的关系表达式,并通过实验验证了调焦精度和图像信噪比之间呈正相关的关系,图像的信噪比越高,调焦精度越高。以评价函数的方差值作为衡量调焦精度的标准,理论上计算了图像的信噪比对评价函数的期望和方差的影响,提出信噪比越高的图像中噪声越少,评价函数的方差值越小,调焦越准确。设计实验记录不同信噪比下,应用同样的调焦方法,得到的图像评价函数方差的变化规律,实验结果显示当图像的信噪比由27dB升高到39dB时,评价函数方差由0.262降低为0.0611,相当于调焦精度提高了约30%,证明了理论分析的正确性。

摘要：基于中波红外320pixel×256pixel制冷型探测器,采用机械正组补偿方式,并采用折叠光路,实现大变倍比中波红外变焦光学系统的设计。该系统由变焦物镜系统和二次成像系统组成,包括7片透镜和2个反射镜,并引入3个非球面。介绍了该光学系统结构参数的求解过程,并用Zemax光学软件进行了设计。对设计结果进行了像质评价、凸轮曲线求解和冷反射分析。设计与分析结果表明,该系统在3.7～4.8μm波段实现了18～360mm连续变焦,满足100%冷阑匹配,在空间频率16lp/mm处调制传递函数(MTF)值均大于0.5,冷反射可忽略不计。该系统具有变倍比大、分辨率高、结构紧凑和变焦曲线平滑等特点,可应用于机载光电侦察设备中。

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。

摘要：采用陀螺仪直接测量光电平台内部载荷的惯性角速度构建反馈,可以在运动载体上控制视轴惯性角速度,实现稳定成像。陀螺捷联惯性稳定控制能够构建前馈,有效提高系统带宽、减小控制误差,但对陀螺安装位置有要求。本文提出了在陀螺直接反馈的机械安装条件下等价捷联稳定的控制方法,并考虑平台基座约束条件建立了动力学模型。该模型显露了光电平台基座安装刚度引入的谐振问题。针对被控对象中的一对谐振和反谐振环节,基于稳定的零极点对消设计滤波器消除谐振。综合利用陀螺直接测量的框架惯性角速度和编码器测量的机械框架相对转角构建等价捷联惯性稳定回路。在等价捷联惯性稳定回路中,采用内回路干扰抑制结合基于逆模型前馈的复合控制方法,有效拓展控制带宽,提高对指令的跟踪精度和对载体姿态晃动的隔离性能。仿真和实验结果表明:该方法有效抑制了安装基座弹性约束力矩的谐振,且与陀螺直接反馈控制相比性能更优。对幅值为1(°)/s、频率为1 Hz的典型正弦角速度指令进行跟踪,均方根误差由1.75(°)/s减小到0.23(°)/s,在1 Hz处扰动隔离度由18%减小到2%。

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：焦面检测准确与否对航空相机光学系统的成像质量起着至关重要的作用。为解决航空相机检焦问题,提出了一种基于多重差分滤波效应的检焦算法。首先,对检焦原理进行了介绍,在基本矩形滤波器的基础上进行设计,提出了一种适用于航空相机检焦的新型滤波器,消除了图像和滤波器之间相对位移产生的影响,并从数学角度证明了其可行性。然后,通过对图像的隔行采样对滤波器进行模拟,以完成图像检焦算法的设计。最后,利用实验采集的图像对所提算法的检焦效果进行了评估。实验结果表明,所提算法可以消除矩形滤波器和图像之间相对位移产生的正弦变化;算法灵敏度较高,最大误差为41.16μm,小于光学系统的半焦深(76.8μm),能够满足工程需求。