长焦红外光学系统焦距的高精度测量技术

为提高长焦红外光学系统焦距测量的准确性,提出一种将干涉测量、光电自准和激光跟踪技术相结合的焦距测量方法。基于光学系统波前干涉测量光路,利用波前的power值对球面反射镜位置非常敏感的特性,结合激光跟踪仪的空间几何量精密测量和光电自准直仪的精密测角功能,实现长焦红外光学系统焦距的高精度测量。实验中对一理论焦距为1 520mm的航空长焦红外光学系统进行测试,并结合测试设备的测量精度进行误差分析,5次测量的标准偏差为0.930mm,测量误差小于0.2%,满足测试技术要求。结果表明这种方法用于长焦红外光学系统焦距的测量是合理可行的。

离轴反射式系统面形误差高精度还原装调技术

应用于航天遥感领域的离轴反射式系统,由于装调中光学元件面形误差与位置失调引入的误差经常混合在一起,直接影响计算机辅助装调仿真分析的准确性,从而降低光学系统的装调品质和效率。为解决此难题,文章编制面形数据转换处理算法,对光学元件实测面形数据进行转化处理,结合光学设计软件Code V,准确计算、还原并剥离出面形误差对系统像质的影响,实现离轴反射式系统的快速高精度装调。经验证分析,该算法与传统的Zernike多项式反演拟合算法相比准确度更高,还原精度优于90%,且可实现非圆域(如:椭圆形、矩形、有遮拦等任意形状)光学元件实测面形在光学仿真软件中的高精度还原,为离轴反射式系统高精度快速装调提供更准确的计算。

航空相机光学镜头被动消热一体化设计与验证分析

航空相机的使用环境温度变化范围较大,温度的变化会在相机光学镜头中产生温度梯度,影响相机成像质量。为保证相机光学系统的成像质量,需要对镜头在一定温度范围内进行消热设计。运用ZEMAX光学设计软件对某航空相机光学系统进行了热分析,并根据分析结果运用ANSYS软件实现了多片式、大视场角光学镜头被动式消热光机一体化设计,通过镜头内部补偿环节沿轴向的微位移改变镜间距,实现对光学系统不同温度下像质的补偿。同时,研制消热补偿试验件,采用一种高精度光学非接触式在线直接检测微位移的方法,精度达到±1μm,完成了消热补偿试验件微位移测试。结果表明:不同温度下的微位移量与分析数据一致,最后通过对采用该消热一体化设计的实际航空镜头在不同温度下的像质检测,验证了该设计的有效性,镜头在各温况下性能良好。

一种非接触式红外透镜间距测试方法

透镜间距是折射式红外光学系统装调需要精密控制的重要参数。由于红外材料不透可见光,可见光谱段镜头装调常用的镜间距高精度测试方法无法直接应用,红外镜头在线装调过程中系统透镜间距的高精度检测成为装调难题。文章提出一种利用镜面定位仪、可见光辅助平板玻璃在线非接触检测红外镜头透镜间距的方法,即利用镜面定位仪通过测试辅助平板玻璃与装调过程中相邻两块红外透镜的空间间隔,结合结构尺寸检测红外透镜间距,其测试精度优于0.002mm。在某航天相机的红外中波镜头实际装调中对该方法进行了验证,装调完成后镜头各视场波前均方根误差小于0.075λ(测试波长λ=3.39μm),优于镜间距采用传统接触法测量的装调结果,该方法合理、可行。

双谱段共孔径光学镜头设计与验证

为实现自主制导、目标定位、跟踪搜索等复合制导功能,提出了一种可实现红外与激光双谱段共孔径一体化的小型光学镜头设计方案,采用透射式光学系统,光路中设置了一个楔角分光片,既实现了双谱段分光,又有效矫正了45°倾斜放置的平板带来的系统像差。设计结果如下:红外通道全视场平均调制传递函数(MTF)优于0.45(30 lp/mm)、激光通道±1.5°线性区弥散斑直径4.88~5.03 mm,能量分布均匀,满足指标要求。最终采用高精度光学定心调整与三坐标精确测量相结合的方法完成了该镜头的装调,红外通道全视场平均MTF优于0.38,激光通道弥散斑形状对称、线性区内能量分布均匀,满足使用要求,镜头效果良好。

大口径离轴反射镜四点热锁辅助支撑设计与验证

针对大口径离轴反射镜组件高面形精度、高可靠性和高稳定性支撑的要求,设计了一种中心筒支撑配合四点可自由加、解热锁辅助支撑的离轴反射镜新型复合支撑方案,热锁部件在力学试验和发射过程中锁紧,地面测试及在轨时释放,在保证面形的同时,有效提升了反射镜组件基频及抗力学性能,并在某空间遥感器706 mm×560 mm口径离轴反射镜组件研制中进行了验证,结果表明采用四点热锁辅助支撑的反射镜组件在加锁后动态性能优良,满足基频大于120 Hz、静载30 g条件下胶应力≤3 MPa的要求,且加锁前及解锁后面形均满足RMS优于λ/40(λ=632.8 nm)的要求,验证了该设计的有效性。

大视场日盲紫外告警系统研究

日盲紫外探测系统由于具有独特的探测优势,在紫外制导、紫外通信,尤其是导弹告警领域获得了越来越多的应用。文章通过分析总结大视场日盲紫外告警系统的关键技术,并结合光学系统设计指标要求,设计了一款130.1°大视场、相对孔径为1.5的日盲紫外告警光学系统,该系统采用了单一材质的8片球面透镜。仿真结果显示,全视场MTF均大于0.36,能量集中度>80%,具有良好的像质和工程可实现性,可在紫外通信、侦察和制导等领域展开广泛应用。

遥感相机实验室静态MTF测量误差分析

应用于航空航天等军工技术领域的高分辨率遥感相机在轨图像处理过程中,需要用到相机实验室静态MTF测量结果进行补偿复原,因此对其测量的准确性提出了较高的要求。针对目前遥感相机实验室静态MTF测量常用的固有频率目标法,进行了各相关误差源的深入量化分析,并结合某航天遥感相机的MTF测量计算出各误差源的影响程度,其中系统总误差和随机总误差分别为0.021 32和0.003 04,最后给出了提高测量精度的建议。在实际工程中,可根据测量条件估算出误差值,并对影响较严重的误差因素采取相应措施,从而提高测量的准确性,对遥感相机在轨图像处理有指导意义。