高功率激光辐照下光学天线的像质研究

离轴两反光学天线在高功率激光系统中起到改变光束直径的作用,而高功率激光加载下所产生的热效应使光学天线的像质劣化,严重影响高功率激光系统的性能。为量化其影响效果,建立了离轴两反光学天线的有限元分析模型,模拟高功率激光作用环境,完成了激光加载下的瞬态热分析以及静力学分析,并得到离轴两反光学天线激光加载时间对波前劣化的影响关系。使用齐次坐标变换的方法求解离轴主次镜的刚体位移,具体分析了各项刚体位移随加载时间的变化情况。通过Zernike多项式拟合的方法完成了镜面的波面拟合,将拟合结果导入ZEMAX中,最终得到了该光学天线在平均功率为1 000 W,重频为0.2 Hz,入光直径为30 mm的激光加载300 s下的波前均方差为0.064 6λ。为了进一步验证模型的准确性,使用较低功率(10 W)激光进行原理等效实验,结果表明光学天线在激光加载下实际波像差与模型仿真结果基本相符,偏差小于7.93%,该方法可以有效评价离轴两反天线在高功率激光加载下的像质劣化情况。

基于笼屉结构的机载高能激光系统光学中舱温度适应性研究

相较于车载、舰载设备,机载设备受体积及工作环境的限制,发展较为缓慢。针对机载设备的轻小型化要求,系统采用“光路堆叠”思想,提出笼屉式分层结构,实现了系统体积的要求。因光学中舱中包含精跟踪及主激光支路,温度变化时各支路间的光轴一致性难以保证,导致跟踪目标发生偏移,主激光支路无法对目标进行精确打击,严重影响系统的工作。为解决上述问题,对光学中舱进行有限元仿真分析,研究光学中舱在20±5℃情况下各镜片的变形。对镜片变形中影响光轴偏折的刚体位移进行提取计算,计算出单个镜片的偏转角度。根据反射棱镜安装误差理论对各支路间的光轴偏移量进行计算,分析精跟踪支路与主激光支路光轴一致性偏差。经过仿真分析,系统精跟踪支路与主激光支路光轴方位偏差为109.634μrad,俯仰偏差为132.952μrad。在实验室中进行25℃温度实验,结果表明,系统精跟踪支路与主激光支路光轴方位偏差为104.019μrad,俯仰偏差为125.009μrad,与仿真结果误差分别为5.40%、6.35%,验证了仿真结果的合理性。

我国商业航天信息产业发展研究

世界航天领域正在加快向商业化转型,技术进步、成本降低等因素吸引更多的企业涉足航天信息产业,航天信息产业市场化、竞争化趋势鲜明;我国航天领域进展良好,整体市场初具规模,加快发展商业航天信息产业是航天强国建设的重要组成部分。本文面向我国商业航天信息产业发展实际,以空间应用为主要切入点,梳理了产业总体架构以及上中下游各环节的基本格局,总结了产业主要发展趋势,着重识别出星载深度融合卫星制造、先进光电载荷研制、高速率及高安全性通信、高级遥感数据产品与服务等支撑产业高质量发展的关键技术。在梳理我国商业航天信息产业现状并凝练存在问题的基础上,提出了构建产业创新发展生态、扶持下游数据处理与应用企业、深化航天信息业务化应用、推动行业人才集聚、加快科技成果转化、深化“产学研用”合作等建议举措,以精准驱动我国商业航天信息产业高质量和可持续发展。

机载激光通信光学窗口气动光学效应分析

机载激光通信中通信光束散角小、系统跟踪精度高,光学窗口的气动光学效应会引起远场光斑形状和位置发生变化,降低通信性能。为此,通过Fluent对共形和平面两种光学窗口整流罩在不同飞行高度、速度、方位角下的外流场进行稳态仿真分析,利用相位屏分析远场自由衍射光斑变化。结果表明,共形窗口在俯仰、高度和速度变化中的流场更加稳定,呈现更为一致的变化趋势,且在远场衍射中表现更好。平面窗口在方位转角变化大与低速的飞行工况下,RMS值低于共形窗口。远场光斑发生偏移和弥散的程度与波面畸变成正相关,但在波面畸变较大的情况下,RMS值不能完全定义其对光学系统的影响。同时,当俯仰角靠近机体表面、降低飞行高度、增加飞行速度均会增强波面畸变。

2维Airy光束阵列强度的调控技术研究

为了控制2-D Airy光束阵列在焦点的强度,利用高斯光束在频域移动可以进行调控的原理,对其在大气湍流中的效果进行了仿真。结果表明,通过高斯光束在频域的位移,实现了2-D Airy光束阵列焦点处强度从0.85增强到1.1,且操作灵活方便,不需要通过重复编码相位图增加光束数目就可增强光束在焦点的强度;在中等湍流强度下,光束强度可从0.85增强到1.03。该研究对激光在大气中抵抗大气湍流、提高激光通信的质量,具有一定的参考意义。

单波长激光通信终端的隔离度

单波长激光通信终端之间数据通信时,信号传输与接收间良好的隔离性能是建立双工双向激光通信的关键。本文针对单个激光波长激光通信端机的传输与接收方案,以及激光通信终端整体的通信性能,分析了关键元器件的表面粗糙度和表面清洁度水平对激光通信终端隔离性能的影响。通过Harvey模型、ABg模型推导模型参数。利用TracePro软件对所设计的方案进行分析。得出以下结论:当信号传输通道中λ/2波片、λ/4波片和光学天线结构的表面粗糙度变好或者表面清洁度提升时,元件带来的后向散射会降低信号传输通道内的隔离性能。同时,激光通信终端隔离度的测量结果为77.86 dB,与软件仿真结果78.35 dB基本一致,这一结果可以应用于激光通信系统。

谐衍射红外双波段双焦光学系统设计

基于变焦系统的基本原理，利用谐衍射透镜的相关特性并结合中波红外和长波红外的特点，设计了仅含有4片透镜的红外双波段双焦光学系统。设计结果表明，系统具有100%冷光栏效率，在3．7～4．3μm中波红外波段，光学传递函数在18lp／mm时〉0．7；在8．7～11μm长波红外波段，光学传递函数在18 lp／mm时〉0．5，均接近衍射极限。

基于指向误差与不同噪声的星地激光通信系统误码性能分析

为了研究在大气湍流、指向误差以及各种噪声的共同影响下的星地激光通信系统平均误码率性能,采用Gamma-Gamma信道模型,建立了大气湍流与指向误差的组合衰减模型,并结合各种噪声推导出关于组合衰减模型的星地激光通信系统平均误码率的闭合表达式。研究结果表明,当卫星轨道高度为400 km、天顶角为45°、波长为1550 nm以及等效波束半径和指向误差位移标准差(抖动)的归一化比值为4时,总噪声、热噪声、背景噪声对应的平均误码率分别为1.519×10^(-7)、6.907×10^(-8)、1.357×10^(-8)。

机载双视场中波红外光学系统优化设计

为了满足机载红外搜索与跟踪系统的实际使用要求,根据变焦系统的基本理论及中波红外系统的特点,设计了320 pixel×256 pixel的中波制冷型焦平面阵列探测器的双视场中波红外光学系统。系统采用了二次成像结构,并在系统的第一像面位置安装光阑,以此减小杂散光对系统的影响。设计结果表明:系统具有100%冷光栏效率,在仅移动一片透镜的情况下可实现在800和400 mm的两档变焦,系统F数为4且恒定不变,像面保持稳定,系统场曲<0.04 mm,畸变<2.5%,在探测器的Nyquist频率16 lp/mm处光学传递函数的峰值>0.5,表明光学系统的像质满足使用要求。

ITO薄膜的制备以及性能的研究

在室温条件下通过直流磁控溅射法在普通玻璃基体上制备了光电性能优良的ITO薄膜。靶材为ITO陶瓷靶,其中In2O3与SnO2的质量比为9∶1。运用UV-2550紫外可见光光度计测量样品的透光率,采用SZT-2四探针测试仪测量样品表面的电阻率,用扫描电镜(SEM)对样品进行表征。研究了溅射压强、溅射功率等参数对薄膜光电性能的影响。研究表明,ITO薄膜的电阻率随着溅射功率的增大而减小,在溅射功率为110W时ITO薄膜的透光率有相对好的数值。溅射压强为1.0Pa时既能保持ITO薄膜低的电阻率又能保证高的透光率。

透射式激光目标半实物仿真系统研究

根据激光半主动制导武器的制导原理,分析了半实物仿真性能测试中影响仿真置信度的重要参量,设计了基于透射式结构的激光目标模拟仿真系统,该系统可实现:光斑大小变化范围0.1～20 mm,抖动范围±9 mm,能量变化范围大于50 dB的模拟,并结合研制需求搭建了演示实验装置。结果表明:透射式结构的采用,有效增大了激光目标的模拟范围,同时有利于激光目标特性的模拟。

对潜激光通信

分析了对潜激光通信的军事需求,介绍了其发展历程及研究现状,根据蓝绿激光对潜通信的基本原理,重点考虑了卫星对潜艇下行蓝绿激光通信、以系留光纤浮标平台为中继实现自由空间激光向上通信的星潜双向通信方案,分析了影响星载蓝绿激光对潜通信的重要因素。

影响Czerny-Turner结构像散校正的因素

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。

红外场景产生器双波段光学系统设计

为满足红外双波段制导弹药性能测试与评估的实际需求,根据动态红外场景产生器的工作原理,设计了长波8μm～14μm和近红外0.8μm～1.1μm双波段复合共口径红外场景产生器光学系统,系统中长波准直光学系统使用了衍射光学元件,结果表明:在双波段的视场为7.6°,出瞳直径为82mm,出瞳距离为400mm的情况下,长波红外准直光学系统在1.25lp/mm时,MTF大于0.9;近红外准直光学系统在1.8lp/mm时,MTF大于0.8,表明光学系统的像质满足使用要求。

偏振成像探测技术发展现状及关键技术

考虑偏振成像探测技术在目标探测中具有独特优势,本文介绍了偏振成像探测技术的概念,概括了国外偏振成像探测技术的研究历程和发展现状。基于上述描述,针对偏振成像探测的关键技术进行了深入的讨论,包括目标偏振特性、信道环境下的偏振传输特性和偏振成像目标全偏振图像的获取等。最后总结了该研究领域存在的主要问题,归纳了偏振成像探测技术的发展趋势。

大气信道对垂直发收模式紫外光散射通信性能影响的仿真

介绍了非直视单散射信道模型及其在椭球坐标系下的求解方法.在此基础上,针对垂直发收模式,研究了大气信道对紫外光通信系统的影响.对不同天气、不同通信距离条件下,大气信道所产生的能量损耗、时间延迟和脉冲展宽等进行了定量分析和仿真.仿真结果表明:能量衰减随能见度变化曲线存在拐点,即并不是天气越好,能见度越高,系统接收能量越大;通信距离1km时,能见度18km处出现能量衰减最小值;能量衰减随通信距离非线性递增,通信距离1km时,能量衰减近100dB;随着通信距离的增加,时间延迟和脉冲展宽都近似呈线性增长,通信距离1km时,时间延迟接近5μs,脉冲展宽大于10μs.

空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析

针对目前空间激光通信的背景需求,介绍了国内外星、空、地、海等平台间的空间激光通信研究与试验现状。通过对空间激光通信现状的分析,并结合科研实践,归纳出空间激光通信的高速率、网络化、多用途、一体化、多谱段5个未来发展趋势。在此基础上,从空间激光通信系统的光学结构、通信收发以及环境影响等方面,着重分析了高质量光学系统设计、高精度捕获对准跟踪、大气信道影响补偿、高速率高功率发射、高灵敏度低误码探测、一对多通信网络、平台振动与姿态补偿、器件部件空间适应性8项关键技术,并提出相关技术的解决方法和途径,进而给出须进一步深入研究的方向,展示了空间激光通信良好的应用前景。

红外双波段光学系统被动式消热差设计

为提高红外光学系统的目标探测识别能力,增强其温度适应能力,在分析红外材料在中波和长波红外波段的色差与热差特性的基础上,根据系统光焦度分配、双波段轴向消色差和双波段消热差等要求,利用红外色差图合理选择光学材料组合,设计了一款中波和长波红外双波段消热差系统,系统采用非制冷探测器,工作波段为3~5μm和8~12μm,由4片透镜组成,焦距为50 mm,相对空间为1：1.25,全视场角为14°,总长67.9 mm。设计结果表明：在温度范围-50~60℃范围内,在空间频率为17 lp/mm处,系统在中波和长波波段的MTF值均大于0.4,表明系统有较强的温度适应性。

红外双波段图像实时融合系统

选用高性能定点数字信号处理器DM642作融合系统核心处理器,S3C2410作辅助控制处理器,利用DM642的高速图像处理性能及它的视频编/解码单元无缝连接的灵活可配置视频端口,结合S3C2410强大的控制能力,研制了探测中波红外和长波红外的双波段图像实时融合系统。将一种基于离散小波变换的图像融合算法应用于红外双波段图像的融合,针对实时嵌入式系统的特点,对算法进行了优化,并将其移植在以DSP+ARM架构的嵌入式平台上。实验结果表明,该融合算法经仿真优化后,只需39.6ms即可完成两幅大小为320pixel×240pixel的红外图像的实时融合,满足25frame/s的工程需求,且融合后的图像能突出中波和长波红外各自的特点。

空间激光通信一点对多点光学原理与方法的比较研究

一点对多点的激光通信技术是构建天空地一体化信息网络的关键节点,也是实现多卫星间组网链路通信的一个必要前提。将空间激光通信一点对多点光学原理与方法进行了比较和研究,并针对三同心球结构和旋转抛物面结构,在其视场和能量利用率上面进行了分析。分析结果表明:三同心球结构视场可以达到水平和俯仰均为120°,旋转抛物面结构的视场可以达到水平360°,俯仰100°;三同心球结构随着视场的增大,能量利用率迅速下降;而在同等体积情况下,旋转抛物面的能量利用率在80°范围内比三同心球结构更高且更稳定。