摘要：针对"低慢小"目标光学成像识别能力差、复杂背景下信噪比低等问题,设计了一款低空高空间分辨率激光雷达光学系统。发射光学系统扫描器件采用MEMS反射镜,设计了专用扩束光学系统保证不同扫描角度发射激光的光束质量;接收光学系统采用物镜、数字微反射镜器件结合偏振器件,可同时实现激光回波接收与可见光成像,相较于采用单点探测器接收的激光接收系统,具有背景噪声低的优势。给出了光学系统的性能参数,利用光学设计软件设计了光学系统,该系统空间分辨率为0.5 mrad/pixel,扫描点阵列规模为200×200。模拟结果表明设计方法可行,计算其在大气中的探测距离可达到1000 m,背景噪声相较于单点探测器接收系统可降低约22162倍。

摘要：为获得红外目标的空间信息和光谱信息,设计了一种用于中波红外声光可调谐光谱相机的光学系统.设计中引入折/衍射混合透镜,在用6片透镜的情况下达到了12×变倍,在长焦处时能识别2 000m远的目标.采用ZEMAX光学设计软件模拟声光晶体的衍射,在晶体出射面上优化设计了4°的楔角,使-1级衍射光能共轴出射.该光学系统在空间频率17lp/mm处调制传递函数值最大达到0.7,能量集中度大于90%,能够满足光谱相机用于识别/跟踪目标的要求.

摘要：主要研究空间激光通信系统中精跟踪技术,根据精跟踪系统的组成原理与工作原理,设计了一种轻小型化、智能化精跟踪系统,该系统以FPGA作为核心器件,完成光斑图像采集、图像滤波、光斑位置计算、数字控制补偿函数及脱靶量的实时输出等功能。同时系统可根据外部环境变化,自动调整相机阈值、开窗口位置、积分时间。搭建试验系统完成精跟踪实验,实验表明系统可实现脱靶量实时输出3 000 Hz以上,符合精跟踪控制系统技术指标要求。系统在像元分辨力为3μrad的情况下,实时跟踪均方根值为1.17μrad,满足空间激光通信对精跟踪的要求,为其在空间激光通信中应用打下基础。

摘要：随着高分辨率观测技术的发展和高数据率信息传输的迫切需求,研究高速率激光通信的组网技术迫在眉睫。分析了空间激光通信链路组网所需要满足的基本要求及其实现中必须解决的技术难点,提出了组网光学原理,同时研究了一种可用于多目标间同时进行激光通信的技术方案,设计了以旋转抛物面为基底的多反射镜拼接结构的光学天线、中继光学系统以及发射接收与捕获、跟踪和对准(APT)系统,为空间激光通信链路组网提供了新的技术途径。

摘要：针对Czerny-Turner结构光谱仪宽波段像散很难同时校正的不足，提出了一种复合方法校正像散，即在一阶消像散方法校正宽波段像散的能力达到极限时，加人柱镜，利用柱镜的相反像散变化趋势，进一步补偿光学系统的剩余像散，推导出复合方法的边缘波段像散补偿公式。应用复合方法，设计了1个近红外900～1700nm的消像散Czerny-Turner结构。Zemax的仿真结果表明，全波段全视场均方根（RMS）值均小于14“m，调制传递函数（MTF）达到0．7以上，全波段的光谱分辨率为1．5nm。保证了在高光谱分辨率的情况下，实现了近红外800nm宽波段像散的同时校正，避免了能量的横向扩散。该设计方法同样适用其他波段的结构设计，对宽波段消像散型光学系统的设计具有指导意义。

摘要：为了快速得到双焦光学系统初始结构,依据近轴光学理论设计一款双焦、双视场光学系统。通过高斯光学理论及物像交换原则求解光学系统近轴光学元件的初始位置,分组将标准透镜插入到求解位置上,通过逐步增大近轴元件的焦距优化镜组及镜片间隔,使插入的透镜组焦距趋向该近轴元件焦距的理论计算值。以此类推完成每个镜组的优化设计。通过该方法设计了焦距为40/120 mm、视场为8.6°/2.9°的光学系统,所有镜片均为球面。在奈奎斯特频率100 lp/mm处,120 mm焦距时调制传递函数为0.58,接近衍射极限;40 mm焦距时调制传递函数为0.52。设计结果表明该方法适用于双视场光学系统,可快速得到光学系统初始结构,简化了设计难度。

摘要：针对宽波段Czerny-Turner结构像散校正存在的问题,分析了影响光学系统像散校正的主要因素。基于发散光束照射平面光栅的像差理论,应用Matlab软件模拟分析了光学系统产生像散的原因和相应抑制方法的不足。讨论了了准直镜离轴角与聚焦镜离轴角的角度差值α和光学系统像散S之间关系,理论模拟了α取不同值时,宽波段C-T结构的全波段像散校正情况。为了验证理论分析的正确性,设计了光谱段为900-1 700nm的消像散型光学系统,利用光学设计软件Zemax对该波段的光学系统进行了光线追迹和设计优化,并对设计结果进行处理和分析。结果显示：随着角度差值的逐渐增大,短波波段像散校正能力越来越强,像散校正能力提高了1.6倍左右;长波波段像散束缚能力越来越弱,像散校正能力平均降低了1.27倍左右。得到的结果表明：角度差值的合理选取可以为宽波段Czerny-Turner结构的像散校正提供理论指导。

摘要：同轴两反结构作为空间激光通信光学天线时常存在接收视场小、发射效率低等缺点。同时,因中心遮拦造成的能量损失,也会大大降低通信系统的瞄准和捕获概率。针对此缺陷,提出采用离轴两反天线结构并引入自由曲面设计以提高通信系统的性能。由初级像差理论推导得出离轴两反系统的初始结构,并采用Zernike多项式自由曲面面形,增加系统设计自由度,提高系统平衡像差的能力。给出入瞳口径与焦距相同的同轴两反和离轴两反系统的设计实例,并比较二者的光学传递函数MTF、点列图、衍射包围圆能量、波前误差等。结果表明:离轴两反自由曲面天线的像质明显优于同轴两反天线,因而该种天线结构的使用可提升空间激光通信系统的整体性能。

摘要：为了在室内测试星敏感器对无穷远星光的跟踪能力,设计一款运用宽光谱色温光源通过平行光管来提供无穷远星光色温模拟的光学系统。该系统采用孔径离轴方式规避同轴系统存在的遮光比现象,主镜引用抛物面使得系统像质更加良好,同时结合楔形状半反半透型次镜解决了透射接收端的宽光谱消像散问题。设计指标要求为:工作波段400~900 nm,入瞳直径300 mm,焦距3150 mm,全视场角0.05°.实际测试结果表明:在次镜不引入非球面情况下,光学系统可实现反射端及透射端的传递函数均接近衍射极限;各视场的波像差均方根值均优于λ/30(λ为系统主波长),出射光平行度优于1″的指标要求。

摘要：针对传统无人机载相机在复杂环境下物证搜寻成像对比度低、证物识别难度大等问题,提出利用偏振成像技术,进行物证搜寻识别。为保证搜寻效率、识别概率和低照条件下成像效果,设计了大视场大相对孔径两档变焦偏振成像光学系统。系统焦距分别为11 mm和22 mm,F数分别为1.8和2.7,视场角60°和34°,并给出了合理的调焦方式,可实现在3 m和10 m飞行高度下清晰成像。经过仿真分析,调制传递函数在奈奎斯特频率91 lp/mm处优于0.45,满足成像质量要求,公差分析显示,在满足成像质量条件下,公差范围合理。将系统与微偏振片阵列探测器集成,搭载无人机平台,可在复杂环境中对案发现场进行实时高效物证搜寻,大幅提升案事件破获能力。