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：分析了航空光电稳定平台模型并利用电流环使平台模型简化为K/s。阐述了影响平台稳定性的扰动以及抑制扰动的方法。介绍了平方滞后超前控制原理及其优缺点。根据重复控制器以及自抗扰控制器的优点,将它们组合搭建控制系统,并在振动平台上进行速度稳定和目标跟踪试验。结果表明:与传统的控制器相比,用本文控制方法得出的扰动隔离度至少提高了6.28dB;所设计的系统在符合工程需求的范围内,具有很强的实用性和鲁棒性,对实际工程控制器设计具有一定的参考价值。

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：为了提高钢圈反射式光栅的测量精度,设计了光栅信号补偿系统,分别对光栅信号的幅值、直流电平和相位进行了补偿,补偿后两路光栅信号的正交性得到了改善。首先,根据钢圈反射式光栅提取信号的方式建立光栅信号电子学处理系统。然后,分别从幅值、直流电平和相位等3方面提出系统的补偿算法。以8 192lp/mm的钢圈反射式光栅为平台,以实际的精度检测结果为评判依据,对提出的信号补偿系统进行了实验验证。结果表明,补偿后的光栅精度比补偿前提高了2.28″,提高幅度达到50%。实验结果验证了光栅信号补偿方案的可行性。

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：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：为了在传统控制器基础上进一步提高航空光电稳定平台的性能,减轻机械伺服系统中摩擦环节对视轴(LOS)稳定及激光指向带来的负面影响,提出了一种基于自抗扰控制器(ADRC)的高性能摩擦力补偿方案。首先,在原有系统中引入LuGre模型来初步抑制摩擦对伺服系统的扰动;然后,通过设计自抗扰控制器对摩擦补偿后仍然存在的残余扰动进行进一步抑制;最后为了验证本控制策略对系统扰动的抑制效果,将航空光电稳定平台安装在飞行模拟转台进行实验,测试加入基于自抗扰控制器的摩擦补偿方案前后的性能对比。实验结果表明:对比传统的控制方案,在速度稳定实验中,引入摩擦力和自抗扰相结合控制方案的光电平台扰动隔离度至少提高了14dB,在目标跟踪实验中,系统的视轴晃动强度也至少降低了78.9%。该补偿方案易于实现,与光电平台的兼容性好,满足航空光电稳定平台的高精度要求。

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：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。