摘要：随着光学测量与遥感领域的不断发展,折反式光学系统对重量、体积和环境适应性等需求不断提高。基于增材制造技术的金属反射镜以其便于实现优化设计、快速制造和加工工艺性好等优点,逐渐获得国内外学者的关注与研究。与传统金属反射镜相比,增材制造金属反射镜可以提高反射镜的结构刚度,同时可实现更高程度的轻量化。增材制造反射镜可以满足光学系统对环境适应性和快速性的需求。本文首先讨论了金属反射镜的评价指标;其次,综述了国内外在基于增材制造技术制备金属反射镜领域的发展现状和技术参数,从增材制造金属反射镜的基体设计与制备和基体的后处理2个方面展开论述;然后,通过分析,总结了增材制造金属反射镜的技术路线和关键技术;最后,对增材制造反射镜的应用前景提出了展望。

摘要：航空相机航向方向的像移包括飞机前向飞行引起的前向像移以及飞机姿态(俯仰/偏航)在航向方向的分量。本文以某摆扫型航空相机为例,分析了利用扫描反射镜进行前向方向像移补偿的原理,扫描反射镜以二分之一的前向方向像移角速度的速度旋转即可补偿前向像移。文中探讨了两种控制方案,第一种方案将陀螺直接安装在反射镜上,结构设计简单,但控制电路较复杂,且需增加一个陀螺;第二种方案提出利用机械系统增加2:1速比的方法,可以节省成本,且不增加控制系统的难度。经过实际工程实践证明,第二种方案简单实用,可以满足相机补偿要求。

摘要：由于采用电子卷帘式快门,大面阵互补金属氧化物半导体(CMOS)航空相机在高速成像时不仅会产生像移,还会引入由卷帘快门(RS)效应带来的几何畸变。传统的将两种图像退化因素分开进行处理的方法,过程繁复,计算复杂度高。针对航空前向飞行带来的线性像移和RS畸变,通过分析各自的数学模型,推导出了二者之间的紧密联系,提出了基于线性像移参数估计的双重退化图像恢复方法。随后设计了航空前向飞行模拟实验,通过直线位移平台控制CMOS相机以不同速度对目标景物成像。实验结果表明,RS效应对像移参数的估计没有任何影响,最终恢复图像帧间变换保真度能提高到27 d B左右。相比分步处理的方法,该方法在获得同样恢复效果的情况下,速度能提高3.5倍以上。

摘要：针对线阵相机标定的过程中特征点容易丢失的事实,提出了一种线阵相机标定方法。首先,利用设计的平面靶标与相机多次曝光巧妙地构建了虚拟立体标定靶标,通过分析与数学建模得到靶标上标定特征点空间位置与像点的对应关系;其次,使用最小均方估计方法对特征像点中心进行亚像素估计,并使用基于最小二乘迭代方法对多特征点超定方程进行求解,讨论了标定过程中相机与靶标非平行时对标定结果的影响;最后,使用提出的方法对线阵相机标定进行实验验证。理论分析与实验结果表明,本文的线阵相机标定方法简单灵活,标定特征点个数不拘泥于靶标的制作,相机与靶标的位置无需严格平行,平均标定精度达0.26pixel,具有较好的实用价值。

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：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：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：直升机载光电稳定平台载荷近红外相机在垂直成像过程中会产生像旋,为了消除像旋,同时满足载机对光电稳定平台的体积尺寸要求,提出悬臂式方位框架的结构方案,建立了方位框架结构的三维模型。利用有限元方法建立仿真模型,分别进行静力学分析和模态分析,研究方位框架悬臂结构的合理性。在24.5kg负载情况下,设计的方位框架最大变形量为0.025 4mm,满足指向精度误差分配要求;框架结构一阶频率为42.99Hz,满足系统伺服带宽要求。

摘要：在航空相机镜筒速度内环设计了自抗扰控制器,以减小镜筒内偏心凸轮机构的运动对镜筒的扰动。采用扩张状态观测器对扰动进行实时估计,并生成扰动补偿量抵消扰动的影响。首先,分析了凸轮机构的运动对镜筒扰动的特点。然后,建立了镜筒的数学模型,基于带宽的单参数化设计思想设计了扩张状态观测器及带扰动补偿的控制律,设计了镜筒位置控制器。最后,在镜筒上对控制器的抗扰动性能进行了验证,并与目前航空相机常用的一阶平方滞后超前校正法进行了比较。结果表明,采用自抗扰控制能将凸轮机构对镜筒的扰动偏差减小为传统方法的50%左右。在提高系统抗扰动性能的同时,控制器增益减小约2个数量级,大大降低了对控制器增益的要求,提高了系统的稳定性,对改善航空相机控制系统的抗扰动性能及降低控制器设计难度具有较高的实用价值。

摘要：提出了一种启发式的加强筋生长设计方法,加强筋从给定初始点出发,沿着使结构性能最优的方向生长和分枝,同时删除对结构性能贡献小的加强筋,逐步形成最优的加强筋布局。设计过程中,以单元的相对密度为设计变量,以单元灵敏度数作为判断加强筋单元生长和删除的准则。使用Python语言编写了基于ABAQUS的优化设计程序,利用ABAQUS进行有限元求解和前处理。为验证所提方法的有效性,以最大化结构整体刚度为设计目标,对几种典型结构进行了加强筋设计,并与现有文献中的设计结果进行了对比。