大型光学系统波前检测中气流扰动的抑制

气流扰动将引起干涉检测光路中空气折射率动态变化,从而引入未知波前测量误差,它对于大口径、长焦距光学系统波前检测精度的影响尤为严重。为抑制该影响,本文提出一种基于计算流体动力学的主动温度场控制方法。首先,分析了气流扰动引入波前检测误差的原因,并基于流体力学理论阐明了通过主动送风手段提高室内温度场均匀性、抑制气流扰动影响的可行性。其次,结合口径为500 mm、焦距为6000 mm的离轴三反望远镜检测光路构成以及所处环境条件,通过Fluent软件仿真建模提出一种利用风扇阵列主动送风的室内温度场控制方法。最后,对温度场控制前后实际光学检测数据进行对比,结果表明,控制前后7组像差系数测量值(一段时间内多次测量平均值)之间的标准差由0.034λ减小到0.005λ(λ=632.8 nm)。本方法可有效抑制气流扰动对于光学检测精度的影响,对于提高非真空条件下大口径光学系统的波前检测精度具有一定的参考与借鉴意义。

光电经纬仪的通用传感器接口

论述了现代光电经纬仪采用多传感器的必要性。提出了多传感器的通用数据接口并进行了详细描述。

空间相机大功率CCD器件的热设计与热试验

对空间相机大功率CCD器件进行了热设计以解决其散热问题,为了验证热设计的合理性进行了CCD焦面组件的热试验。首先,介绍了以传导为主要散热措施的CCD器件热设计方案,CCD器件的热量主要通过热管传递到冷源;然后,针对整个焦面组件进行了试验规划,特别对模拟冷板进行了专门设计;最后,在真空环境下进行了综合试验。试验结果显示,功耗为10W的CCD器件连续工作70min,在12℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件的温度<35℃。该试验验证了CCD焦面组件热设计的合理性,并为焦面组件热分析计算模型修正提供了依据。

空间相机集成测试系统的时钟同步

为实现空间相机地面集成测试系统中各专用设备精确时钟同步的要求,提出了一种以GPS卫星同步时钟为时钟源,将时间报文和脉冲信号相结合的综合对时方法。采用FPGA和VHDL设计了时间报文接收、脉冲对时、内部守时时钟及PCI本地控制逻辑等模块。利用Windows2000/XP下的WDM框架开发了PCI总线驱动程序,实现时统卡与专用设备之间时间信息的实时传输。设计了微秒级延时的秒脉冲作备用秒输入,解决了系统工作时因GPS卫星同步时钟意外断电引起时间信息中断的技术问题。示波器测试结果表明,专用设备之间的同步时间精度≤10μs;时间准确度≤10μs。半年运行测试验证表明,精确时钟同步系统稳定、可靠,满足空间相机集成测试系统的实时对时需要。

空间相机偏流角的间歇式实时调整

空间相机摄像时对其偏流角进行实时调整,可以减小偏流角姿态变化对成像质量的影响,延长一次性连续摄像时间并使用较多的TDI积分级数进行摄像。本文对偏流角实时调整的需求进行了详细分析并给出了实时调整策略;然后,介绍了偏流角调整系统的构成及实时调整的工作原理;最后,提出了一种间歇式实时调整方案并进行了实验。实验结果表明:摄像过程中偏流角偏差值可以调整在4.2′以内,调整后误差≤72.17″,一次调整时间<1s,偏流角调整过程中图像的调制传递函数(MTF)值为99.67%。提出的间歇式实时调整方法可满足摄像过程中对偏流角实时且长时间调整,且对图像无本质影响的要求。

飞行器姿态对空间相机像移补偿的影响

通过分析飞行器姿态对像移补偿结果的影响,提出空间相机对飞行器姿态精度的要求以实现高精度的像移补偿。根据调制传递函数对像移匹配特性的要求进行分析,确定了允许的像移匹配误差。然后,用蒙特卡洛法(即统计试验法)对像移速度误差进行分析和计算。最后,确定了满足空间相机像移补偿要求的姿态精度。通过计算得出,满足96级TDI-CCD像移匹配误差要求的飞行器指向精度应优于0.1°,姿态稳定度应优于0.005°/s。实验结果表明,本文提出的方法简单,易于实现,适用于空间相机像移补偿系统的研究。

一种适合星上应用的遥感图像有损压缩算法

提出了一种高质量的遥感图像有损压缩算法,在分析了遥感图像经Daubechies双正交小波基D5/3整数小波变换后各子带小波系数统计特性和能量分布的基础上,引入了人类视觉特性,用它来控制算法中的量化方案。根据能量的大小确定不同子带对于目标识别的重要程度,选择不同的量化阈值和量化步长进行量化,并对量化后的数据采用固定比特平面编码。仿真实验表明,该算法对于不同内容和纹理的图像,在一定的压缩比下,均获得了PSNR(峰值信噪比)>30dB的恢复图像,在不损失最低频信息的同时较好地保持了遥感图像中丰富的高频信息,实现了高质量的图像压缩,并且算法简便,快捷,所占用的存储容量小,易于硬件实现,适合于星上应用,减少了在遥感图像压缩中小目标的丢失。

基于FPGA的多通道高速数据采集系统

为了实时监测多轴运动控制单元,检测其性能及可靠性,设计了一种集FPGA与PCI总线于一体的多通道高速数据采集系统。该系统并行采集16通道控制信号,应用FPGA对采集的信号进行分析并提取检测信息和反馈信息;检测信息通过PCI总线传输给计算机,闭环控制反馈信息通过RS-422串行通讯发送控制单元。信号采集实验表明:该系统能够并行采集工作频率<100 kHz、控制电压<32 V的多通道控制信号,采样精度为12bit、采样速率为6.4 MSPS,满足检测需要。

定量化故障树分析技术在空间相机软件开发中的应用

为保证空间相机软件系统可靠安全地运行,多采用定量化故障树方法对其进行可靠性分析。由于获取故障知识及确定故障树结构有一定难度,提出了一种基于粗糙集的软件故障树建立方法。针对软件故障原因错综复杂,无法获取大量有效数据的情况,给出一种采用Vague集方法对底事件进行建模,从而计算底事件相对重要度和顶事件发生概率的定量分析方法,根据分析结果指导软件的可靠性设计并确定测试重点。实验结果表明:使用提出的故障树分析方法,有效地指导了设计人员通过容错差错和避错等设计措施提高系统的可靠性,解决了由于软件部件可靠性指标很难精确量化,无法进行定量分析的问题。

颜色传递技术的快速彩色图像融合

以红外和可见光图像为研究对象,提出了一种基于颜色传递技术的快速彩色图像融合算法。该算法直接用灰度融合图像和源多波段图像的差异信号构成源YCBCR分量,然后在YCBCR空间运用统计颜色传递技术形成一幅具有与目标图像相似色彩效果的彩色融合图像。算法中利用像素平均融合法和多分辨率融合法作为灰度融合方法,形成两种不同的融合策略以分别满足高实时性和高融合质量的需求。实验结果表明,提出的彩色图像融合算法能够有效地生成一幅具有自然日光色彩效果的融合图像,算法中即使采用像素平均法进行灰度融合同样可以获得令人满意的融合效果。

大功率焦平面器件的热控制

为了实现大功率焦平面器件(FPA)的热控制,根据焦面组件的结构特点,通过仿真计算与试验相结合的方法,对大功率焦平面的热控设计进行了研究。介绍了大功率焦平面器件的主要热设计要求,分析了大功率焦平面器件、小散热空间并安装在移动构件上的焦面组件热设计的特点。利用I-DEAS有限元分析软件建立了热分析计算模型,并利用TMG模块进行分析计算。进行了试验验证,并根据试验给出了焦平面器件升温拟合曲线。最后,根据热设计实例提出如何合理地选择大功率焦平面器件的热控制方式。结果表明,50 W大功率焦平面器件连续工作2 min时,在有12℃冷源的情况下,能够控制焦平面器件<35℃,满足焦平面器件设计要求。

Piella像素级多分辨率图像融合框架的扩展及其算法

为了优化加权多分辨率图像融合的算法结构,在Piella像素级多分辨率图像融合框架基础上,提出一种只用匹配测度控制决策模块的加权多分辨率图像融合扩展模式,改变了传统加权多分辨率图像融合模式必须由活性测度和匹配测度共同决定决策因子的格局。相对于传统模式,提出的扩展模式去除了活性测度,相应的算法结构更为简单。以相关信号强度比作为匹配测度,给出了一种基于扩展模式的加权多分辨率图像融合算法。对红外和可见光图像的融合实验表明,该算法融合性能优于传统加权多分辨率图像融合算法,其边缘融合质量指标(EFQI)和加权融合质量指标(WFQI)分别提高了2.9%和1.8%;而且计算复杂度更低,计算决策因子所需的乘法和加法运算次数分别减少了66.7%和33.3%。

空间光学遥感器主反射镜轻量化及支撑设计

为了得到某空间光学遥感器主反射镜合理的结构及支撑方式,检验新型光学材料S iC的光学性能,尤其是应用于空间光学系统的可行性,通过建立该空间光学遥感器主反射镜组件的虚拟样机,采用有限元仿真的方法,分析主反射镜在背部采取不同形式轻量化情况下的质量及质心位置。建立几种主反射镜的有限元模型,采用合理的M PC约束边界条件,用有限元方法分析主反射镜在加工、测试状态下自身重力作用对反射面面形精度的影响。经过仿真比较及轻量化优化设计,得到一种主反射镜及支撑的合理化结构,轻量化率达到75.6%,反射镜面RM S值为12.53 nm,P v值为54.52 nm。最后的分析结果表明:质量、刚度及反射镜面精度均满足工程要求。

多TDI CCD拼接遥感相机异速成像抗干扰设计

多TDI CCD拼接相机在异速工作模式下,不同通道的CCD图像间会存在相互干扰现象,不同行频差会在图像上产生不同斜率、不同宽度的干扰斜条纹。为了解决此问题,文中对原设计电路系统进行了详细分析和优化设计。首先,从异速时序在不同行周期的相位差别上进行分析,异速模式下不同CCD成像电路时序间存在行频差异,导致各个行周期内CCD个别像元上与其他像元叠加的干扰不一致,是干扰斜条纹产生的原因。然后,采取优化关键信号布线方式、系统地和电源布置、去耦电容接地方式等多方面对电路系统进行了改进,优化多TDI CCD成像系统电路抗异速干扰设计。最后,对改进后的电路系统进行测试,去除干扰斜纹,并将图像均方根噪声水平由21.5 mV降低到4.2 mV。结果表明:采用抗干扰技术,有效地去除了通道间干扰斜纹,提高了图像质量。

ICL7667实现步进电机高频斩波控制

为了提高小内阻步进电机驱动系统中功率MOSFET的开关速度,采用ICL7667作为功率MOSFET的驱动器来实现步进电机的高频斩波控制。对驱动电路采用的功率MOSFET的栅极电容特性、开关时间等进行了研究,发现栅极电容的充放电过程影响了功率MOSFET的开关速度,提出了提高功率MOSFET开关速度的方法。最后,采用ICL7667作为功率MOSFET的驱动器实现了步进电机的高频斩波控制。仿真和试验结果表明:采用ICL7667的驱动电路,可以保证斩波频率为200 kHz时,功率MOSFET的漏极输出仍处于截止和深度饱和的状态,这比采用电阻分压式驱动电路其斩波频率最大为20 kHz提高了10倍,可保证小内阻步进电机在高速斩波信号的控制下正确运行。

影响空间相机偏流角估值误差的参数

为了减小TDI CCD空间相机偏流角估值误差,利用齐次坐标转换法推导了偏流角计算的数学模型,运用蒙特卡罗法获取偏流角计算值的误差样本,并统计出偏流角估值误差。对4个误差参数取不同值时的偏流角估值误差进行了比较,分析其对偏流角估值误差的影响。统计及分析结果表明:姿态角速率测量精度从0.005(°)/s提高至0.001(°)/s后,偏流角估值误差减小61%;姿态角测量精度从0.15°提高至0.03°后,偏流角估值误差减小9%。地心距允许误差和轨道中心角允许误差的变化对偏流角估值误差无直接影响;将姿态角速率测量精度从0.005(°)/s至0.002(°)/s、姿态角测量精度从0.15°至0.06°与只将提姿态角速率测量精度从0.005(°)/s提高至0.001(°)/s相比较,偏流角估值误差的减小值仅相差0.166 912′,同时提高这两个精度是减小偏流角估值误差的最佳策略。分析过程与结果对空间相机设计有一定的参考价值。

空间相机地心距误差修正

为了修正时间延迟积分(TDI)CCD空间相机像移补偿计算中的地心距误差,减小其对像移速度相对误差的影响,推导出了星下点成像的像移速度计算模型。通过该模型分析了地心距误差对像移速度相对误差的影响。根据地心距误差的来源,分两步修正了地心距误差:采用WGS-84(World Geodetic System)模型修正地球的偏心率引起的地心距误差;采用地球海拔高度数据源(USGS DEM)制作电子高程图,修正了地球表面海拔高度不同引起的地心距误差。推导出了地心距误差修正后的空间相机星下点成像的像移速度模型。修正后模型计算以及分析结果表明:WGS-84模型和电子高程图对地心距误差的修正消除像移速度相对误差最大分别为2.85%和1.76%。地心距误差的修正极大地减小了前向(沿TDI CCD积分方向的)匹配误差,提高了TDI CCD空间相机成像质量。

结构优化型颜色传递融合方法

提出一种红外和可见光图像的快速彩色图像融合算法:结构优化型颜色传递融合方法.算法直接用灰度融合图像和源多波段图像的差异信号构成源YCBCR分量,然后在YCBCR空间运用统计颜色传递技术形成一幅具有与目标图像相似色彩效果的彩色融合图像.文中从数学上证明了YUV等符合通用YCBCR空间模型的颜色空间也可用于本文算法,所产生的融合结果与用YCBCR空间得到的结果相同.算法不仅限于融合红外和可见光图像,还可以用于融合其他谱段的双波段图像.实验结果表明,提出的彩色图像融合算法能够有效地生成一幅具有自然日光色彩效果的融合图像,算法中即使采用像素平均法进行灰度融合同样可以获得令人满意的融合效果.

基于中心复合设计的空间相机热计算参数修正

为了提高空间相机热分析计算的准确度,提出了一种基于中心复合设计的热计算参数修正方法。介绍了中心复合设计方法,对空间相机次镜及遮光罩加热区对次镜的加热效果进行了试验,并根据试验建立了有限元模型。利用中心复合设计法设计了热计算参数,将设计的参数作为不同的工况代入到有限元模型中进行计算,根据计算结果拟合出次镜最高温度、自然对流换热系数和接触传热系数的回归方程,并根据试验结果通过求解回归方程得到最终的热计算参数。最后,将求解后的参数代入到有限元模型中重新进行计算。结果表明,参数修正后的结果与试验结果一致性较好,计算和试验的相对误差为2%,该方法同样适用于其它相机的热计算参数修正。