双光梳测距技术的空间应用与试验设计

双光梳测距技术具有测量精度高、测速快、非模糊范围大和可现场溯源的优势,在航天工程中具有广阔的应用前景,如航天器交会对接、卫星编队飞行、大型展开机构定位等。在货运飞船与空间站交会对接的任务场景下,提出了一种双光梳高精度测距技术空间应用与试验方案,介绍了双光梳测距技术的基本原理,对试验系统进行了架构设计,实现在400 m范围内对空间动态合作目标优于100μm测距精度、1 kHz测量带宽。进一步针对测距系统的关键参数进行了设计与仿真,对系统的空间环境适应性进行了分析,结果表明测距系统最大可实现19.5 m/s相对运动速度下的高精度测距,满足搭载任务场景需求,为下一步双光梳测距技术的在轨试验与航天工程化应用提供了技术参考。

微振动对高性能航天器指向测量影响的仿真与试验

针对超静超稳航天器面临的微振动问题进行了研究,提出了一种将微振动诱发指向测量误差和附加力矩误差引入指向测量控制系统的建模仿真方法,基于准零刚度悬吊法对指向测量系统进行了微振动试验。仿真和试验结果表明:微振动诱导的指向测量误差更为显著,峰值到达1×10^(-4)°;微振动引起指向控制系统指向测量误差达到0.03像素;这对超静超稳航天器及其衍生技术研究具有一定借鉴意义。

基于白光LED的室内高精度定位算法的实现

搭建了室内可见光定位系统,实验上探索了接收信号强度比定位算法的可行性。通过控制多个LED光源在不同时隙的亮暗,分别传输直流与正弦信号,使用照度计及光电探测器测试接收信号强度,对接收机位置进行了估计。其中使用直流信号时,在与光源所在平面相距59cm的接收平面内,得到最大误差为2.05cm、平均误差为8.64mm的定位精度;使用正弦信号时,在与光源平面相距30cm的接收平面内,得到最大误差为1.09cm、平均误差为5.6mm的定位精度,并且使用交流信号时实验结果不受环境杂散光的干扰。

小天体激光地形测绘与导航一体化设计方法

针对小天体探测高帧率、高分辨率和高测距精度需求,深入分析了激光测绘导航方法现状,提出了一种混合固态激光三维地形测绘与导航一体化设计方法。通过单光子面阵探测器与532 nm光纤激光器实现高成像帧率、二维音圈电机快反镜多模式扫描实现大视场和亚像素成像分辨率,采用达曼光栅分束器实现激光光束高精度扩束与衍射。将其应用到小天体探测中,结果表明:激光测距精度优于3 cm(3σ),帧频4 Hz,成像分辨率达到1 100×1 100。所提出的方法可兼顾地形测绘与导航,实现多功能轻小型一体化设计,可极大地降低资源消耗,对中国小天体探测任务的实施具有良好的指导意义。

用于表面等离子体共振的加窗傅里叶变换法信号处理方法(英文)

提出了一种采用加窗傅里叶变换的新型信号处理方法,用于提取基于白光光谱干涉相位型表面等离子体共振系统中的相位信息。首先,详尽阐述了这种提取相位信息算法的基本原理;其次,分析了算法中影响精度的几项主要参数,如窗口宽度、采样频率、阈值等,分析表明,只有选取恰当的参数才能得到理想的探测精度;最后,根据实际算取的光谱相位差值得出实际探测精度为3.894×10-7RIU(折射率单位)。与之相对应的理论探测精度为3.905×10-7RIU。理论精度和实验精度误差为0.28%。可以看出,这种算法具有很高的精度。另外,这种算法还具有简单、易与其他数值分析方法结合的优点。

星敏感器用4T像素CMOS图像传感器总剂量效应研究

对星敏感器用4T像素CMOS图像传感器总剂量效应进行研究,机理分析及总剂量试验结果表明像素暗电流及暗电流不一致性随总剂量增加而增加,像素光强响应及满阱容量随总剂量增加而降低.进一步分析得出星敏感器星点定位误差随辐照总剂量增加而增大,在100krad(Si)总剂量下,星点定位误差相比辐照前增加约3倍.结合器件总剂量效应退化机理,提出星敏感器在轨使用时器件采用增加像素内传输管电荷转移的开启时间、提高传输管的控制电压以及提高像素的复位电压等措施,可以降低由于总剂量效应导致星敏感器的星点定位误差增加.

投影用二维激光光源模块的设计和优化

设计了一种大功率、小体积、可有效降低散斑的投影用二维激光光源模块。该激光光源模块由二维激光二极管(LD)阵列和微透镜阵列两部分组成,不需要其他光学器件,可直接获得均匀的矩形照明光斑。使用Zemax软件建立了具体的模型,分别分析了LD的发散角、个数、间距以及光束经透镜后发散角等参数对光能利用率、光束形状、光斑大小、光束照明位置以及光束均匀性的影响。根据理论分析设计了一种用于液晶显示器(LCD)投影系统的二维激光光源模块。

新型激光投影显示方棒照明系统的设计

以非成像理论中光学扩展量的传递规律为依据,给出了激光二极管(LD)阵列作为光源的新型激光投影显示系统中方棒照明光路元器件尺寸及入射光束孔径角的确定方法。选用3×8红光LD阵列作为光源,0.45inch(1inch=25.4mm)硅基液晶(LCOS)芯片为空间光调制器(SLM),应用光学设计软件Zemax给出了方棒照明系统的设计实例,包括LD阵列光源光束整形系统、方棒匀光系统、方棒中继系统的设计。结果显示方棒照明系统具有较高的光能利用率及较好的光斑均匀性。由此得出较高光能传递质量的新型激光投影显示系统中方棒照明系统的设计方法。

一种距离选通图像分割的新算法(英文)

介绍了一种图像分割算法,用于受到距离选通激光夜视技术带来的回波展宽效应影响的图像。该算法利用有效信息区边缘线的平均灰度信息实现对分割图像阈值的选取以分割图像。选取该阈值后,算法利用空间信息实现对噪点的判断以除去噪声。该算法可以准确分割出有效信息区边缘,采用很少的形态学操作,保证了图像的还原质量。实验证明该算法可以准确地分割边缘模糊的距离选通激光夜视图像,对噪声等具有较强的稳健性。