并联结构轴系回转误差建模及装配优化

为提高光电经纬仪等二维转台的轴系运动精度,本文基于雅可比旋量理论建立了一种可考虑零件结构误差及其耦合放大效应的数学模型。针对“一端固定、一端游动”的轴系结构,提出了局部并联结构的分析方法。通过数值仿真分析,获得了各零件结构误差对轴系运动精度的影响以及最优的轴系装配方案。光学口径为650 mm的光电经纬仪的装调结果表明:装配优化后的轴系运动精度较优化前提高了32.1%。所构造的轴系运动精度模型及优化方法为指导光电经纬仪等二维转台的轴系装调以及公差设计提供了一定的理论根据。

楔块式自动调平机构设计与控制策略研究

针对目前使用的经纬仪调平机构人为手动操作方法存在的调平耗时长、结构易损和难调平问题,设计了一种具备稳定自锁特性的大行程、高分辨率楔块式自动调平机构,提出了楔块式机电调平组件联动的并行调平控制策略。实验结果表明,所设计楔块式自动调平机构可实现调平行程±0.25°范围内的经纬仪调平,且调平角分辨率<0.01″。同时,基于并行调平控制策略,将绕X轴和Y轴的垂直轴轴线倾斜量从334″和-248″调整至2″误差范围内的调平耗时仅为17 s,相比于串行调平控制策略,调平时间显著缩短,调平效率明显提升。

车载精密光电设备平顺性仿真研究

为提高精密光电设备的部署速度、实现快速部署应用,可采用不停车部署方案,即车辆行进过程中开展精密光电设备应用对高速飞行目标的观测、跟踪、干扰。为降低车辆行进过程中路面振动的影响,以某型载车及其光电设备为研究对象,分析行驶过程的振动响应。建立基于加速度均方根值的线振动和基于角度均方根值的角振动联合评价指标,综合评价设备安装平面处的激励扰动。基于分析结果可发现良好路面(A级和B级路面)下车辆会对精密光电设备产生约1~10 mrad的角振动激励,一般路面(C级路面)下车辆会对精密光电设备产生约5~20 mrad的角振动激励。从而可根据车辆行驶振动特性,为后续精密光电设备的设计、优化提供参考。

基于改进SRGAN的无人机航拍图像去雾算法

针对航拍图像往往受雾霾天气影响出现图像模糊、细节丢失等问题,本研究提出了一种基于改进SRGAN的无人机航拍图像去雾算法,旨在快速高效地去除航拍图像中的雾霾并恢复图像细节和纹理信息。本文重新设计判别器核心结构SResblock并引入CBAM注意力机制,完成了对原始SRGAN的改进,提出DH-SRGAN算法。在VISDRONE户外航拍合成雾数据集上测试结果显示,本算法在单幅图像去雾方面取得了显著提升,去雾后的图像与原始图像PSNR达24.48dB、SSIM达95.29%,两项指标均优于传统算法。相比原始SRGAN,DH-SRGAN算法更加轻量化,适合嵌入到无人机侦察任务中的图像预处理流程。

激光发射系统轴头箱结构分析与优化

为提高轴头箱刚度,对激光发射系统的轴头箱进行结构优化。基于现有轴头箱结构,在光机装调完毕后,安装侧盖时会导致系统视轴与光轴之间的角度差变大,导致不满足使用要求。根据有限元法,对负载条件下的轴头箱进行静力学分析,得到其变形情况。相机箱体变形情况影响电视视轴指向,其角度变化可以直接用三角函数计算。反射镜法向量也会产生变化,采用最小二乘法对反射镜反射面的节点数据进行拟合,通过拟合数据获得反射镜的法向量,计算其光轴角度变化情况。通过优化轴头箱结构形式,改变轴头箱结构与箱体盖板之间的重量分配,减少装调完毕后需要增加的负载重量,从而改善跟瞄视轴与激光发射轴平行度的稳定性。根据有限元分析结果,优化后的轴头箱结构,安装侧盖对视轴与光轴之间角度差影响不超过1″。通过实验证明,优化后的轴头箱结构具有更好的刚度。

激光陀螺全温度下选模控制策略设计

针对激光陀螺稳频装置易受温度变化的干扰的问题,为保证全温度范围内激光陀螺的稳频效果,提出了一种选模控制策略:根据陀螺扫模过程中得到的不同模态,通过比较各个模态下背向散射特征电压的大小,在常温下筛选出合适的陀螺及其控制模态,再经过温循实验进一步筛选出合适的模态,并固定用于全温度下的稳频控制以保证陀螺全温精度。最后通过实验验证,使用该筛选策略下获得的最佳模态,实现激光陀螺全温下稳定工作,满足实际工作要求。

精指向机构45°扫描镜光矢量轨迹正交性研究

在空间激光通信终端中,精指向机构45°扫描镜振动轴绕不同轴系振动时,捕获跟踪CMOS相机上的扫描轨迹不正交,使得激光终端扫描概率降低、光轴在轨标定难度增大。为研究其内在机理,利用光学追迹的方法建立三维光矢量扫描轨迹模型,计算并仿真45°反射镜振动轴沿两组常用正交轴扫描时,CMOS相机上光矢量轨迹的正交性,搭建实验测试系统验证该计算仿真在精指向机构扫描过程反射光矢量的性能。研究结果表明:45°扫描镜振动轴绕P=(1/2,-1/2,√2/2)^(T)和P′=(1/2,-1/2,-√2/2)^(T)振动扫描轨迹的不正交度为19.47°,不随扫描角度的变化而发生变化,实验验证和理论结果一致;45°扫描镜振动轴绕z轴和P=(√2/2,-√2/2,0)^(T)振动时,由扫描角度和扫描轨迹正交性曲线关系,得出CMOS相机上扫描轨迹夹角随着扫描角度变化而变化,当扫描角度为9 mrad时,扫描轨迹的不正交度为6.4 mrad。该研究对空间激光通信终端精指向机构扫描的内在机理、安装方式、轴外视场光轴标定等有深刻的认识和指导意义。

用于爆炸火焰真温场测量的多光谱热成像仪研究

温度是评估弹药热辐射毁伤的重要参数。弹药在引爆后会在极短时间内压缩周围空气并向四周猛烈释放出大量能量,伴随着能量释放弹药介质会急剧升温并形成火焰场,通过测量、分析火焰场的真温值,便可以得到爆炸火焰的空间热辐射毁伤效应。由于爆炸过程的强破坏性和瞬态性,爆炸火焰的测量主要是依靠辐射测温法。在以往研究中,已有学者针对爆炸火焰测量研制了相应的辐射测温仪器,但目前所研制的仪器只能测量出爆炸火焰在单波长下的亮温场,而单波长亮温场无法实现真温值的计算。针对这一问题,研制了一套多光谱热成像仪,该仪器采用多幅分光技术,可实现爆炸火焰在同时刻、不同波长下的分光成像,并利用高速CCD相机进行数据采集,最后依据多光谱辐射测温理论反演出爆炸火焰真温场。多幅分光技术是由远距离多孔分光镜头所完成的,该镜头主要分为两个部分:主成像镜头和分光镜头。主成像镜头的功能是对远距离爆炸火焰进行聚焦成像,其所成图像经由单凸透镜汇聚到正后方的多孔分光镜头上。多孔分光镜头内置分光光栏,光栏上可镶嵌不同波长的窄带滤光片,当入射光透过光栏上的窄带滤光片后,透射光便为被测目标的单波长辐射能量。远距离多孔分光镜头可对500 m以内的爆炸火焰进行成像,并依据实际需求将分光光栏设计为四分光结构,同时为方便滤光片更换将分光光栏做成了可插拔的形式。该镜头自重约为0.75 kg,可通过法兰片直接安装在高速CCD相机上,完全满足野外测量要求。为验证仪器的有效性,对1.660 9 kg的TNT进行了爆炸火焰真温场实验。实验结果表明:在爆炸后0.1 ms时出现最高温度值3 251 K,随着时间推移,真温场逐渐扩大,但其最高温度值在逐渐降低;当时间为0.6 ms时,最高温度值为2 483K。

球形经纬仪四通结构分析与优化

为提高四通的刚度,对直径1000 mm的类球体四通进行结构优化。根据有限元法,对负载条件下的四通进行静力学分析,得到其最大变形量和最大应力值及所在位置。通过在四通应力较大、刚度较弱的部位增加加强板,可以减小传感器安装板跨距,同时形成更加稳定的三角形结构,从而提高四通的承载能力。以光轴水平时为例,优化后四通的最大变形量从0.07 mm减小至0.04 mm,最大应力值从2.68 MPa减小至1.01 MPa。对比优化前后不同俯仰角下四通的变形情况,结果表明优化后的四通不仅具有更小的变形量,同时也具有更加稳定的结构;经模态分析对比,优化后的四通具有更好的动态刚度。

数字微镜器件光谱成像技术进展

数字微镜器件(DMD)作为一种灵活、可编程、可独立寻址的空间光调制器件,广泛地应用于无掩膜光刻、光束整形、全息成像、共焦测量等领域。在光谱成像领域,DMD能够对成像视场进行精细可控的调制,从而代替传统的机械掩膜版和机械扫描结构。综述了近年来DMD在光谱成像领域的研究进展和应用情况,详细论述了基于DMD的编码孔径和推扫式光谱成像系统的光学系统基本结构及工作原理;梳理了基于DMD的光谱成像系统从哈达玛变换光谱成像到推扫式光谱成像的发展脉络;详细介绍了研究人员为克服DMD微镜的衍射以及像面倾斜等像差所做的相关研究工作。最后,总结了基于DMD的光谱成像技术的独特优势,讨论了基于DMD的光谱成像技术未来的发展方向与应用前景。

光学瞄具硬涂层阻尼减振的动力学仿真分析

振动环境下光学瞄具的成像精度和可靠性会受到严重的影响,为提高光学瞄具的可靠性,修正成像精度,提出了一种硬涂层阻尼减振技术。将硬涂层NiCoCrAlY+YSZ单侧涂敷于镜筒上,涂敷厚度为200 mm,振动工况模拟为光学瞄具固定在直升机舱门处的枪械上。基于有限元分析方法对涂敷硬涂层前后的结构进行模态分析和随机振动分析,对比研究发现,涂敷硬涂层阻尼后光学瞄具的一阶频率由未涂敷前的58.3 Hz提高到92.2 Hz;涂敷硬涂层阻尼后随机振动得到的3σ区间的应力值降低了25.6%;X、Y、Z三个方向的位移响应峰值相较于涂敷前分别降低了74.7%、75.3%、78.7%,达到了减振的目的。

高抗激光损伤阈值光栅后处理抛光技术研究

脉冲压缩光栅是实现高能量激光的核心光学元器件,其制造过程中产生的表面污染物和微结构缺陷成为限制高功率激光系统发展的技术瓶颈,为了提升光栅的激光诱导损伤阈值,提出利用磁性复合流体进行脉冲压缩光栅(PCG)后处理抛光研究。对抛光前后光栅样品的微观结构,表面形貌、表面粗糙度、衍射效率和激光诱导损伤阈值等参数进行测量,进行抛光前后光栅表面质量和光栅性能的评估。研究发现,磁性复合流体抛光能够在不破坏实际光栅结构的前提下抑制加工过程产生的毛刺,微结构缺陷等;经3 min抛光后,光栅顶部表面粗糙度从21.36 nm下降到3.73 nm;激光诱导损伤阈值从2.8 J/cm^(2)提高到3.8 J/cm^(2),抗激光损伤性能提升35.7%,且不影响衍射效率。实验结果表明:磁性复合流体抛光是一种可以提高光栅元件表面质量,提升光栅元件光学性能的有效方法。

偏转速度实时修正的弹道跟踪系统设计

现有弹道跟踪系统的反射镜偏转速度仅由弹丸出膛速度决定,跟踪过程中不能根据目标实际位置实时修正,为了解决该问题,设计了一种可基于目标位置实时修正反射镜偏转速度的弹道跟踪系统。系统采用仰角姿态拍摄方式扩大视场范围,提出基于背景运动补偿的目标跟踪算法,根据跟踪的弹丸运动位置与反射镜偏转角度之间的关系,构建出反射镜偏转模型。实验结果表明,所设计的系统能够根据弹丸在画面中的位置实时修正反射镜偏转速度,达到了让弹丸始终处于画面中心的目标。

大口径球面镜支撑系统的优化设计

应用有限元法并借助于有限元分析软件,建立了轴对称平面单元和三维实体有限元模型.对1.2m球面反射镜的支撑系统进行了优化设计,优化确定了轴向支撑圈数、支撑半径和支撑点排列组合、侧向支撑位置.分析计算出主镜在水平放置轴向支撑作用和竖直放置侧支撑作用下重力引起的镜面面形误差RMS值分别为2.5nm和3.16nm,满足设计指标要求,预示了所设计的支撑系统方案的合理可行性.

靶载全向双目视觉脱靶量测量系统设计与分析

针对靶标舰面环境复杂、海上末端脱靶量测量有效距离要求低等工程应用环境特点,基于双目视觉测量原理设计了一种靶载便携短基线集成式全向双目视觉矢量脱靶量测量系统,并对物点距离、相机结构、图像识别能力等因素对系统测量精度的影响进行了分析。最后,通过单摄像机移动确定基线验证试验验证了系统测量结果的可靠有效性,为海上末端脱靶量测量提供了一种技术途径参考。

像移补偿技术综述

航相机照相时不可避免的会产生像移,像移补偿是提高成像质量和相机分辨力必不可少的环节。首先通过分析像移的产生原因及对图像造成的影响阐述了像移补偿的必要性,然后介绍了目前国内外较多采用的像移补偿法原理及其应用范围,最后给出了一个应用多种像移补偿法相机的实例及像移补偿技术的发展趋势。

高精度动载体激光发射系统光束控制反射镜

设计了一种适于车载等运动环境下的快速控制反射镜,用于在具有振动和冲击的工作环境下控制激光发射系统的激光光束稳定及其精确校准。根据某光学系统的性能指标要求,阐述了用于高能激光的平面反射镜的物理性能以及控制反射镜负载应有的机械特性。采用大行程的音圈电机作为控制反射镜的驱动器,并设计了精度高、抗干扰能力强的角位移测量装置作为控制反射镜的位置传感器。对所采用的4个音圈电机和4个角位移测量装置进行了合理布局,既降低了系统的转动惯量又提高了系统的可靠性和环境适应性。实验结果表明:该快速控制反射镜的定位精度优于1.4″,满足高能激光发射系统对控制反射镜的精度要求。

车载高架式光电探测系统的作战效能评估

为了准确评估车载桅杆型光电探测系统在设计阶段的效能,提出了将与探测系统直接相关的光电分系统、桅杆分系统、载车分系统进行参数综合化来分析系统作战效能的方法。引入模糊综合评估方法,以专家打分为主要评估手段对车载高架式光电探测系统进行基于总体的作战效能评估研究。将该评估方法应用于某车载高架式光电探测系统,对其搜索跟踪与引导能力、系统可用能力、系统生存能力进行了量化评估。上述三项指标的效能评估值分别为79、85和87,而系统总体效能值为82,这与系统的实际效能基本一致,证明了本方法具有一定的科学性,可推广至其他光电类系统的作战效能分析。

加速度滞后补偿提高光电跟踪系统跟踪精度的方法

在速度滞后补偿的基础上,提出了一种加速度滞后补偿提高光电跟踪系统跟踪快速运动目标精度的方法,并将其应用于提高电视跟踪稳态精度中。结合电视跟踪器补偿技术,在保证最大跟踪误差不大于3′的条件下,将目前光电经纬仪电视跟踪系统跟踪最大角速度30°/s和最大角加速度12°/s2能力,提高到跟踪最大角速度50°/s、最大角加速度30°/s2。仿真和实验结果表明,该方法简单实用,可以在速度滞后补偿提高跟踪精度的基础上,大大提高系统跟踪快速运动目标跟踪精度的能力。在实际工程应用中,所述方法取得显著效果。

钢丝绳传动在航空光学遥感器上的应用

针对某航空光学遥感器扫描组件和消旋组件需以高精度同步旋转的要求,提出一种通过双电机驱动,采用独立的位置环和速度环控制的钢丝绳精密传动方法。首先,详细介绍了钢丝绳精密传动的结构形式和控制方法,并简要分析了钢丝绳的传动刚度,最后,通过实验对钢丝绳精密传动的精度进行测试,同时分析了预紧力和负载力对精度的影响。实验结果表明:本钢丝绳精密传动系统实现了扫描组件和消旋组件旋转同步精度0.03°,旋转速度为5°/s时稳速精度达1.5%,满足设计要求。实验结果验证了本钢丝绳精密传动应用方法的可行性,为钢丝绳精密传动在航空光学遥感器上的应用提供了一种新的方法。