望远镜的紧凑型闭环液晶自适应光学系统设计

在利用地基大口径光学望远镜进行天文观测时,液晶自适应光学成像技术已经被应用于校正大气湍流所引起的波前像差。应用Zemax软件和尽量少的光学元件,设计出了与1200mm望远镜匹配的紧凑型闭环液晶自适应光学系统。针对本套闭环自适应光学系统自身的特殊要求,制定了具体的公差原则,并应用Zemax软件进行了公差分析,结果表明,本套闭环液晶自适应光学系统具备较宽松的公差条件,可以实现较容易的加工和装调。对该紧凑型闭环液晶自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的性能进行了相应的评价:自适应光学系统与1200mm望远镜对接匹配后的组合焦距为19.13m,F数为17.92,P-V值为0.122λ,RMS值为0.031λ,MTF曲线接近衍射极限,光学传递函数的模在33lp/mm时可以达到0.5,而成像CCD的极限分辨率为31lp/mm,充分地利用了CCD相机的分辨资源。

傅里叶望远镜外场实验系统拼接主镜

提出了傅里叶望远镜外场实验系统拼接主镜支撑结构,详细介绍了各组件施工及安装过程.该主镜由61块六边形球面子镜拼接而成,高6 m,宽5.5 m,是我国目前用于望远镜系统中能量接收面积最大的拼接主镜.子镜采用模块化设计,互换性好且均可实现3个自由度的精密调整.支撑桁架采用分体结构设计,便于拆装和运输;地基采用混凝土浇筑预埋型钢构件,各分体组件由螺栓与地基联接为一个整体,保证结构整体刚度的同时,也满足系统对温度的适应性.通过实验验证:该主镜支撑结构稳定性优于0.075 mrad,子镜指向调整准确度优于0.05 mrad,对已安装的8块子镜进行共焦试验,光斑质心重合准确度小于20 mm,满足外场实验对拼接主镜的技术要求.

瑞利导星发射系统设计

在天文观测中，瑞利激光导星自适应光学系统可以补偿大气湍流对成像的影响，并且提高天空覆盖率。能够发射一颗合格的瑞利导星成为该技术的前提。为了实现瑞利激光导星在天文观测中的应用，设计了一套瑞利导星发射系统。首先，根据瑞利激光导星自适应系统的基本要求，介绍了激光器的脉冲能量与重复频率的影响；接着，根据湍流理论分析了发射系统的最佳发射口径与大气湍流对导星的光斑大小的影响；然后，根据发射要求利用Zemax软件设计出一套瑞利导星发射系统。该系统最佳的发射口径为260 mm，采样层为10～11km，导星最佳聚焦高度为9.8 km，理想的导星光斑半径为0.45＂，存在大气湍流情况下导星光斑半径小于1＂；最后利用Zemax软件对该系统进行公差分析，分析结果表明该系统相对较容易地实现加工与装调。该发射系统满足激光导星自适应系统的要求，实用性高，设计方法普适。

组合夹具结构三维自动生成系统研究

对组合夹具三维结构自动生成系统(3DMFAGs)的生成原理及实现方法进行了全面讨论,为在计算机上实现组合夹具三维结构的自动生成。

傅里叶望远镜光学系统装调及外场成像实验

提出傅里叶望远镜外场成像实验的光学系统组成,详细介绍光学系统的装调和检测过程,并对模拟目标进行成像实验。采用3束不同频率的激光照射模拟目标并在目标表面形成干涉条纹,利用拼接主镜接收散射回波能量,再经次镜汇聚,最后进入压缩透镜组被光电倍增管探测。实验结果表明:主镜支撑结构稳定性优于0.075mrad,子镜指向调整精度优于0.05mrad,对安装的61块子镜进行共焦试验,光斑质心重合精度小于20mm。最后,对3mm的模拟目标进行外场成像实验,结果表明:室外环境下傅里叶望远镜的成像效果与实验室内成像效果及计算机仿真结果吻合较好,为后续反射模拟目标的成像提供了参考。

内掩式透射地基日冕仪中杂光鬼像的消除

为了消除杂散光对日冕仪成像质量的影响,分析了工作波段为530～555 nm的内掩式透射地基日冕仪(其视场为±1.1～3R⊙,分辨率为13.5μm,口径为120 mm,系统F数为8.2)物镜的多次反射形成的鬼像。基于鬼像形成原理,完成建模模拟,提出了结构性遮拦措施,并通过实验论证了遮拦结构对鬼像有良好的遮拦效果,同时验证了鬼像的光强和物镜边缘衍射光基本一致。实验还显示:鬼像的尺寸和模拟基本一致,直径均约为0.9 mm。消除鬼像后,内掩式透射日冕仪消杂光能力和成像质量进一步提高,实现了对日冕的有效观测。

空间光学相机焦面拼接热变形对图像配准影响

空间相机广泛采用光学拼接方式扩大幅宽。拼接组件的热变形对探测器图像的配准造成影响。文章通过对空间光学相机拼接组件的光机热分析和试验,得出拼接组件热稳定性对光学拼接焦面图像配准的影响,为空间相机的设计优化提供了依据。文章选择空间相机入轨初期的开始成像时刻和成像12min结束时刻两个工况进行仿真分析和成像试验,发现由于温度分布的变化,拼接组件热变形导致成像开始时刻不同探测器间图像发生约3个像元的错行误差,并在成像结束时刻减小至约2个像元。试验结果表明,拼接组件热稳定性对光学拼接焦面图像配准有显著影响,在空间相机的设计过程中应考虑该因素。

测风仪器抗御雨雪冰冻天气的对策分析

通过对2008年1月历史罕见低温雨雪冰冻天气期间气象测风仪器运行情况的分析,以及测风记录缺测原因的剖析,指出应从仪器设计和构造角度出发,通过推广超声波测风仪、改进测风仪器感应器件表面物理特性、改进热力溶冰功能等途径,提高测风仪器抵御冰冻的能力。

利用综合评估加权法提高160光电经纬仪跟踪性能

分析了卫星发射场光学测量系统跟踪方式和存在的问题及各跟踪方式的优缺点 ,并运用系统工程决策论中加权评估方法 ,充分发挥各跟踪方式的优势 ,实时进行互补和印证 ,提出了利用系统工程理论的加权评估法实现 16 0光电经纬仪的自动跟踪 ,减小了跟踪误差和跟踪稳定性 ,而且可以实现定点跟踪 。

高精度Ka频段测控天线卫星跟踪预报方法研究

卫星地面站一般采用两行轨道根数(TLE)格式的SGP4/SDP4模型计算卫星轨道预报进行引导,但是随着Ka频段通信卫星天线应用不断拓展,使用该模型进行轨道预报不能满足Ka频段天线高精度测控要求,特别是低仰角的高轨卫星。提出了基于轨道根数的Ka频段测控天线卫星跟踪预报方法,分析了不同精度要求下卫星摄动模型对轨道预报的影响,考虑了电波折射对跟踪角度的误差修正,设计了轨道预报计算流程,在保证轨道预报精度的同时,简化了轨道计算模型;通过对两个低仰角的高轨卫星实验数据分析,其跟踪引导精度优于0.005°,能够满足Ka频段测控天线高精度稳定连续跟踪的要求,可大大提高通信卫星在恶劣天气、设备故障等应急状态下的高速数据传输能力和可用度指标。

新型液位探测技术在医用超声雾化器中的应用设计

目的设计一种能简化主流医用超声雾化器产品水槽内部水位探测结构的方案。方法在雾化器水槽外壁使用新型的基于电容感应原理的非接触式液位探测技术进行水位探测。结果新型液位探测技术能准确判断水槽的缺水状态,缺水时使雾化器停止工作,水位足够时使雾化器正常工作。结论新型液位探测技术安全可靠,是替代传统水位探测技术的优良方案。此技术可防止雾化片干烧而损坏雾化器,也可简化水槽的内部结构,从而减少水槽的消毒死角,降低细菌和污垢的形成以及患者在院内二次感染的机率。

空心锥体棱镜研制工艺研究

介绍一种空心锥体棱镜加工工艺。首先,采用光学冷加工技术加工三个玻璃基板,并进行滚外圆和镀膜处理;其次,利用夹具初步固定三个基板,并在粘贴区域涂胶;最后,采用自准直平行光管对空心锥体棱镜的核心技术指标进行实时监测,紫外灯进行固化处理,控制成型。实践证明:该工艺可以对空心锥体的二面角进行精确控制,适合大口径空心锥体棱镜的加工。

600mm望远镜液晶自适应系统成像光路设计

为了与600mm望远镜匹配以验证液晶自适应光学的有效性,利用Zemax光学设计软件进行了液晶自适应光学系统的设计和优化。根据望远镜的参量、大气湍流的特性和液晶的特点提出设计要求,然后进行光学系统设计和Zemax软件模拟优化,设计出了满足要求的系统。对该光学系统进行性能评价。设计出的系统与望远镜的组合焦距为35m,F数为58。求得光学系统在像面处的极限线分辨力为44.8μm,成像CCD的像元尺寸为16μm,满足采样定理。液晶自适应光学系统的调制传递函数与衍射极限传递函数非常接近,而且系统的光程差像差在0.1λ左右,说明系统具备优良的光学性能。

小口径角锥棱镜加工工艺研究

针对星载角锥棱镜光束平行差的特殊要求,以我国皮纳卫星激光测距合作目标中使用的通光口径为10mm角锥棱镜为例,介绍一种小口径角锥棱镜加工工艺:通过传统工艺加工出尺寸适中的角锥棱镜;通过配重分离器工艺实现光束平行差的精确控制;通过“大改小”工艺加工成小口径角锥棱镜,成品率可达83%;实践证明:该工艺可以克服小口径角锥棱镜光束平行差无法精确控制的问题,适合小口径星载角锥棱镜的加工。

内掩式透射日冕仪中Lyot光阑参数分析

日冕仪是在像面人工制造日全食影像的日冕观测仪器,其具备的杂光遮拦结构可使得日冕仪像面具有黑暗的背景。其中Lyot光阑可遮拦日冕仪入射口径边缘衍射光所形成的衍射环。其结构参数根据衍射光波长的不同而有区别。为完全遮拦衍射环并保证到达像面的日冕辐射能量,需确定Lyot光阑合理参数,结合内掩式透射日冕仪,建模分析衍射环的成因,确定Lyot光阑的设计方法及对应参数,通过实验确认衍射环的实际尺寸和Lyot光阑设计参数的正确匹配关系,且其具有较好的杂光遮拦效果,进而提高了日冕仪设计中杂散光的抑制能力。

基于拓扑优化技术的500mm主镜结构设计

基于拓扑优化软件Optistruct对500 mm口径后背钻孔式碳化硅主镜进行了结构优化设计。对比了优化设计主镜结构与传统三角形轻量孔主镜在重力场,温度梯度场下其镜面变形情况。校核结果表明基于拓扑优化设计的主镜结构相比于传统的三角形轻量化孔均布式结构具有更好的光学性能以及更轻的质量。最后对比不同的温度梯度场下的镜面变形情况,结合技术要求提出了主镜的温控目标。