摘要：高精度星相机是航天测绘、侦查相机实现精确定位测量的关键设备。分析了长焦距星相机光学系统设计难点,采用新型双高斯向远摄型过渡的结构型式,设计了精度达到亚秒级的星相机光学系统。光学系统焦距为200 mm,相对孔径为F/2,视场角为7.5°×7.5°,光谱范围为500~800 nm。针对恒星色温范围大的特性,在未采用特殊色散玻璃材料的情况下校正了光学系统的色差,实现不同色温恒星的质心位置一致性;采用负折射率温度系数的冕牌玻璃进行热补偿,实现光学系统对恒星探测的亚秒级无热化设计。设计结果表明:光学系统畸变优于0.003%,垂轴色差优于1.5μm,2600 K^9800 K范围内色温恒星的质心位置精度优于0.2″;在0℃~30℃范围内,焦距变化不超过5.1μm,除1视场外质心位置精度均优于0.4″。

摘要：设计一有效口径为120mm的连续镜面、分立促动器的变形反射镜并进行了检测实验。以产生离焦、像散和彗差为目标,对变形镜的各项参数进行了优化,优化后的变形镜支撑有9个促动器和3个固定支撑点。固定点用于实现变形镜的定位,促动器用于镜面面形的控制。促动器采用了直线步进电机配合弹簧的结构,将电机的步进位移转换为力,在一定的线性范围内实现高精度的力促动。变形镜的检测设备采用了4D动态干涉仪,经响应函数的确定、校正力的求解和施加以及镜面再检测的步骤后,得到的实验结果表明变形镜能够产生高精度离焦、像散和彗差,且具有较大的动态范围。

摘要：为了保证高精度光电轴角编码器在恶劣工作条件下的细分精度，设计了基于高分辨率数字电位计的实时补偿处理系统。依据莫尔条纹光电信号的数学模型，说明了由信号等幅性偏差和直流电平漂移引起的细分误差的空间分布特征，并得出误差规律及计算公式，从编码器的光机装调、码盘均匀性、光敏元件调试等制作环节出发，指出了编码器光电信号细分误差的根本特性；受高精度光电编码器分辨力的约束，从编码器光敏元件输出莫尔条纹信号的形式出发，构建了分辨率为0.1Ω的数字电位计查找表；并设计了实时补偿的关键算法。以23位光电编码器为实验对象，在-40~60℃条件下对补偿处理系统测试，实验结果表明：直流漂移≤1.2%，等幅性≤2%，且自动补偿时间约为3 s，满足编码器分辨力（0.154＂）和工作实时性的要求。该方法可实际应用于编码器系统，能够提高编码器的环境适应性和测角可靠性。

摘要：为了满足大口径反射镜研磨阶段的面形检测需求,分析了激光跟踪仪测角误差的来源,提出了一种基于S多项式拟合的矫正测角误差的方法,该矫正方法能有效克服采样位置误差和随机误差带来的影响。针对不同频段测角误差,提出母线和米字格采样法,其中母线采样法对10%以内的标定实验随机误差有较好的抑制作用。矫正方法的可行性得以验证,从而为进一步实验提供了理论基础。

摘要：为了在光学元件镀膜过程中精确控制膜厚均匀性,通常需要有针对性地设计并制作膜厚修正挡板。然而,由于基底在真空室内运动方式复杂,实际工作中通常采用多次试验,反复进行局部修正的方法来确定挡板形状。为解决这一问题,本文提出了遮挡矩阵的概念。基于这一概念,提出了膜厚修正挡板的设计方法。通过对挡板进行合理的划分,对膜厚空间分布与挡板形状建立起精确的定量关系,从而可在不需进行事后修正的情况下,准确计算出修正挡板的形状。针对平面行星夹具,设计并制作了膜厚修正挡板,在φ300mm的口径上实现了膜厚均匀性的PV值优于0.3%、rms值优于0.1%。这些结果验证了这一方法的有效性,表明该方法满足光学元件镀膜过程中高效、可靠地调整膜厚均匀性的要求。

摘要：光子集成干涉成像方法是近年来发展起来的一种以高质量成像和系统扁平化为目标的远场成像方法,有望在同等分辨率下系统的能耗、体积和质量均减小至1/10~1/100。但是现有系统对于高频信号的采样具有稀疏特性,当使用傅里叶逆变换(IFT)求解物体强度分布时,复原的观测目标在锐边处出现Gibbs振铃伪影,从而影响成像质量。为了抑制伪影,提出熵先验并研究熵惩罚特性,利用熵先验并结合光子集成干涉成像的特点设计最大熵方法。为了验证方法的性能,采用性能较好的多层分级孔径排布结构进行仿真模拟,使用峰值信噪比(PSNR)、结构相似性系数(SSIM)和均方误差(MSE)作为像质评价手段。仿真结果表明,最大熵方法可以消除由高频稀疏采样带来的伪影,对于受振铃影响明显的图像,MSE和SSIM有50%以上的提升,PSNR提升10%以上。

摘要：星点质心定位精度直接决定了星敏感器姿态测量精度的极限,其误差源之一是弥散斑模型的选取。星敏感器光学系统像差无法完全消除,必然影响弥散斑分布,研究光学像差对星点质心定位误差的影响对工程应用具有重要意义。文中以Gauss弥散斑模型为比较,研究了离焦等4种光学像差对星点质心定位的影响机理和分布规律,结合质心定位的物理过程推得光学像差影响下的误差解析式,并实现数值仿真,结果表明:光学像差形成不同的弥散斑模型,导致不同的星点质心定位误差分布;星点弥散斑边缘能量减弱趋势对质心定位误差影响较大,若控制光学像差使相应弥散斑边缘能量呈缓慢趋势减弱,则有利于定位误差的减小。光学像差影响下的星点质心定位误差分析对相应的误差补偿具有指导意义,提出的各光学像差的控制意见有利于指导星敏感器光学系统设计。

摘要：为了解决传统头盔显示器大出瞳距、大视场与轻型化、小型化间的矛盾,采用径向基函数表征自由曲面设计了一款头盔显示器光学系统。详细论述了径向基函数表征自由曲面的原理,分析了光学系统像差校正方法。在设计中,尝试了一种方法来快速地确定优化起点,分析了该光学系统的成像质量。该光学系统的视场为45°×32°,出瞳大小为15mm,出瞳距为50mm。在奈奎斯特频率处,全视场的调制传输函数(MTF)值大于0.6。在(-22.5°,16°)视场处有最大畸变值-1.54%。系统尺寸56mm×128mm,重量136g。优化设计结果表明,该全息头盔显示光学系统像差小,可以较好地为使用者提供清晰的字符信息或者视频图像。该头盔显示光学系统成像质量好,体积小重量轻,可以应用于新一代机载头盔显示技术。

摘要：编码孔径光谱成像仪在实际应用中存在着编码模板与探测器分辨率不匹配从而降低系统分辨率的问题。针对该问题进行了两种情况分析,并通过数学理论建模给出了相应的解决方案。对于编码模板分辨率高于探测器分辨率这一情况,提出引入邻域嵌入超分辨技术的方法,实现了基于压缩感知的超分辨光谱成像。对于编码模板分辨率低于探测器分辨率这一情况,提出区块阈值划分的编码孔径,将编码微元按照区块阈值重新划分并进行灰度分级,从而实现低分辨率编码模板的高分辨率编码孔径。利用梯度投影稀疏重构(GPSR)算法进行数据立方体重建,实验结果表明:运用基于超分辨理论的编码孔径快照光谱成像系统所测得的光谱图像更精准,内容更丰富;采用基于区块阈值划分的编码孔径的编码孔径快照光谱成像系统具有更高的空间分辨率和光谱分辨率。结果证实优化后的编码孔径快照光谱成像系统,其分辨率和成像质量大幅度提升,并实现了高分辨率元件的100%利用。

摘要：研究了空间遥感器用大口径SiC离轴非球面的超声复合磨削加工工艺。分别对磨削原理、金刚石砂轮结合剂选择、机床选取、磨削参数设定等进行了分析,并设计和规划了磨削工艺流程。基于逆向工程原理建立了高精度离轴非球面模型,创立了激光跟踪仪精磨阶段在线测量大口径离轴非球面的工艺。结合工程实践对一口径为700mm×700mm的SiC高次离轴非球面元件进行了逆向工程建模和超声磨削加工试验,并利用激光跟踪仪进行了在线检测。经过3个周期(每个周期4h)的修磨,其面形精度PV值和RMS值分别由45.986μm和7.949μm收敛至12.181μm和2.131μm;与三坐标测试结果进行对比,其PV值和RMS值的偏差分别为0.892 3μm和0.312 8μm。实验显示,提出的磨削工艺实现了大口径SiC离轴非球面的快速精确磨削,其加工精度、效率以及表面质量都有了很大的提高。