拍瓦激光驱动纳米刷靶高品质质子束的产生

超强激光加速产生的高能质子束源在基础物理研究、材料科学、生物医疗等领域具有广泛应用前景。基于激光聚变研究中心的SILEX-II装置,开展了高对比度飞秒激光驱动纳米刷靶质子加速实验研究。采用等离子体镜技术进一步提升激光对比度,有效降低了预脉冲对纳米刷靶结构的影响。相比于平面靶,采用纳米刷靶质子截止能量提高到1.5倍,质子束产额增加近一个量级,成功验证了超高功率密度下纳米刷靶对激光离子加速的增强效果,并且有效提升了质子束空间分布的均匀性。研究结果为高品质质子束源的产生和应用提供了技术途径。

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。

消热差的红外目标模拟器投影光学系统设计

基于数字微镜器件(DMD),创新性地设计了一个长出瞳距、大出瞳口径、消热差的红外目标模拟器投影光学系统。该光学系统的出瞳距为1 000 mm,出瞳口径为120 mm,畸变小于1%.为了模拟-40℃目标,整个系统需工作在制冷环境中,因此对光学系统进行了无热化设计。投影物镜的设计采用了3种材料和4片透镜,在-40℃～20℃的范围内,系统最大离焦量小于系统焦深。分析表明,系统各视场调制传递函数(MTF)在16 lp/mm处均优于0.4,弥散班也小于DMD微反射镜的尺寸,畸变小于1%.在满足长出瞳距的同时具有良好的热稳定性。

基于“猫眼效应”激光成像的目标探测

基于"猫眼效应"激光成像的目标特点,提出了一套有效的抗干扰探测算法,实现了对距离1000 m范围内目标的精确探测。算法针对目标的圆形形状特征,定义了一个新的判别参数——偏心距,并通过实验与常用判别参数偏心率进行比较,结果表明,偏心距在目标的圆形形状判别中更精确。

红外目标与干扰模拟器光学系统研究

介绍了带有两个干扰的红外目标与干扰模拟器的光学系统 ;它采用两个黑体分别作为红外目标和干扰模拟辐射源 ,通过两个摆镜产生两个不同方向、不同速度和不同时间的干扰。

一种新的经纬仪自准直方法

在高精度方位传递及方位保存中,常常采用平面镜法线作为方位基准,在使用方位基准时,采用经纬仪自准直的方式来获得平面镜法线方向。常用的自准直方法需要在经纬仪上安装自准直灯,以平行光作为准直方向,但该法存在调焦误差大、作用范围小灯缺点,为弥补传统自准直方法的不足,提出一种新的经纬仪自准直方法,即外觇标自准直法。该法具有适用面广、调焦误差小、操作方便等优点。严密的几何证明及实验数据验证表明外觇标自准直法准确可靠,在工程实践中具有实用价值。

两轴扫描镜数学模型的建立与简化

在分析扫描镜机械装置动能的基础上，利用力学拉格朗日方程推导出更为准确的运动方程．这是一个具有复杂非线性和强耦合的装置．确定了由该机械装置组成的闭环系统的稳定性．对机械装置非线性运动方程进行了线性化与简化处理．所给出的数学模型可作为设计扫描镜控制器的基础．

空间机械臂可见光测量相机参数标定技术研究

空间机械臂可见光测量相机参数标定是制约空间合作目标三维位姿测量精度的关键技术和重要前提,它直观表征了视觉标记三维坐标与对应的二维图像坐标之间正确的映射函数。针对现有相机内外参标定方法操作步骤繁琐、积累误差大、标定精度低等工程问题,文章提出一种空间机械臂可见光测量相机内外参标定方法,引入高精度二维棋盘格标定靶与基准镜共同作为转换中介,且在相机有效观测视场内随意移动标定靶,分布式解算相机内参和外参。试验表明,相机内参离散度均不超过±0.3像元,角点重投影误差均不超过±0.5像元;外参六自由度分量标准差均不超过(0.6mm,0.05°)。上述标定方法具有较强的可操作性,极大简化了坐标转换计算复杂性,有效降低了标定过程中产生的积累误差,为机械臂实施视觉闭环自主捕获合作目标提供了可靠依据。

一种采用扫描振镜的背景实时扣除方法

针对目标辐射测量中通常采用的事后背景扣除的方法会造成目标辐射测量的不准确的缺陷,采用一种基于振动反射镜的目标辐射测量背景实时扣除的方法。振动反射镜以一定周期调制目标信号,使之成为时间域上的周期信号,再采用双路探测器差分方法,实时扣除背景辐射的影响。实验结果表明,该方法可以实时扣除强于目标信号208倍的背景辐射,将湮没在强背景辐射中的微弱的目标信号提取出来,相对测量误差在±1%之内。

红外动态目标模拟器驱动及控制系统设计

红外动态目标模拟器系统是红外制导武器半实物仿真系统中的关键设备。以某型空地导弹导引头半实物仿真系统为应用对象,以微反射镜阵列(DMD)为核心器件,针对DMD型红外目标模拟器的对比度、灰度等级和分辨率等关键技术指标,设计开发了基于DMD的动态红外目标模拟器系统。首先介绍了DMD芯片的工作原理和灰度成像原理,其次对同步驱动、数据加载和脉宽调制等关键电路进行详细设计,开发完成了DMD驱动及控制系统电路,设计完成了基于DMD的红外动外目标模拟系统。该模拟器目前已经成功应用于某型红外成像导引头半实物仿真测试系统中,逼真度和实时性高,涉及的关键指标得到了改进和提高。

利用介质膜高反镜实现“猫眼”目标有效隐身

针对激光主动探测系统的主要工作波长为1 064nm,提出了一种利用介质膜高反镜实现"猫眼"目标隐身的方案。利用单波长介质膜高反镜的反射率特性,将介质膜高反镜与"猫眼"目标光轴以一定角度装配,推导了加载介质膜高反镜的理想"猫眼"目标回波功率模型,并给出了典型算例。通过实验方法分析了介质膜高反镜的反射率特性,修正了45°激光入射角的平均反射率值。典型"猫眼"目标的外场实验表明,在有限"牺牲"成像质量的前提下,介质膜高反镜可大大降低"猫眼"目标的"猫眼"效应,实现光电装备的有效隐身。

地基大口径望远镜动态目标跟踪中压电式快速反射镜迟滞效应的补偿

为了提高基于压电式快速反射镜的光学系统的动态目标跟踪性能,对迟滞非线性效应带来的影响及其补偿方法进行了研究。首先,基于Prandtl-Ishlinskii(P-I)模型,建立P-I模型与自回归历变模型(Auto-regressive Exogenous Model,ARX)模型串联的率相关迟滞模型。然后,提出了基于P-I的率相关模型复合控制补偿算法。最后,搭建了基于压电式快速反射镜的实验平台,对压电陶瓷的迟滞效应进行了模型辨识,基于其逆模型设计了前馈控制器,同时检验迟滞补偿方法对动态目标跟踪系统的优化作用。实验结果表明:基于P-I的率相关模型适用于动目标跟踪系统,采用复合控制补偿算法后,动态目标跟踪系统的误差抑制带宽提高了26 Hz,有效提高了动态目标跟踪系统的误差抑制能力。

基于旋转反射镜光学成像的动态目标跟踪方法

为完善军事靶场实验中精准获得动态目标参数,针对现有目标跟踪方法无法快速跟踪高速运动目标的问题,提出了一种基于反射镜光学成像的动态目标跟踪方法。利用光反射原理,采用高速相机与反射镜结合的方式采集动态目标的多图像信息,建立目标运动数学模型;依据反射镜角度偏移量,研究反射镜转动参数与目标运动参数的匹配关系;采用嵌入式控制器、反射镜、光学相机等搭建系统硬件平台,并结合目标运动数学模型和图像处理算法,实现目标跟踪系统多参量的调控与优化。系统测试结果表明,在变速运动状态下所建立的目标跟踪模型能够获得清晰的目标图像,达到了跟踪的目的。

基于反演场扩散消除的时间反演多目标成像技术

基于时间反演腔理论,分析了时间反演场存在的聚焦扩散现象.通过对该现象的分析,提出了利用Clean算法进行单频时间反演场扩散消除,进而实现时间反演多目标成像的技术.全波仿真结果表明,该技术能够消除时间反演场扩散的影响,利用单一频率信号实现多目标的成像.最后,分析了时间反演镜的选取对时间反演场的影响,并在此基础上,提出了非理想情况下相应的时间反演镜信号均衡算法,为时间反演多目标成像技术的实际应用提供了有效的支撑.

两轴扫描镜系统的解耦与控制

两轴扫描镜是一个具有复杂非线性的强耦合系统。本文以红外仿真装置中的两轴扫描镜为分析对象，研究它的解耦与控制。测试和应用结果表明系统稳态精度高，动态性能良好。

三轴扫描镜数学模型的建立与简化

本文应用拉格朗日方程推导出三轴扫描镜的准确数学模型。这是一个具有复杂非线性和强耦合的系统。对该模型做了线性化处理。简化的模型已在实际系统设计中获得了成功的应用。而准确的模型可作为制定更优良的控制方案和设计更好的控制器的基础。

空间目标可见光反射特性的研究

为提高空间对抗能力,提出了空间目标可见光反射特性控制的方法,在空间目标表面设计过程中尽量避免漫反射,采用镜面反射方式,同时目标本体采用多面体结构设计.以地基可见光探测为例,选择高度为250km圆轨道上的圆锥体目标和高度为900km圆轨道上的圆柱体目标为对象,分析了地基可见光遥感器对其探测能力与几何位置的关系.由空间目标可见光反射特性的研究得到结论,在多面体结构空间目标的表面设计中采用镜面表面设计,使可见光遥感器对它的探测能力明显降低,且由探测到的目标光谱特征无法判断目标的真实外形,从而达到控制空间目标可见光反射特性的目的.研究对未来空间目标的外形设计控制具有一定指导意义。

基于互信息和图像镜像的图像阴影消除

为了能够准确地识别待检测目标,必须检测和消除待检测目标的图像阴影.为此,论文提出了基于互信息和图像镜像的图像阴影消除法.该方法首先使用光照不变性原理来获取原图像的二维光照不变性图像,然后利用互信息结合亮度信息来融合两幅图像以消除阴影,最后利用图像镜像来消除阴影边缘以改善阴影消除效果.实验结果表明,该方法能够有效地消除待测目标的图像阴影.

一种提高四杆靶标空间频率的光学系统设计

针对高性能红外成像系统MRTD测试用的小尺寸四杆靶标加工难度大,甚至以现有加工水平根本无法加工的问题,采用ZEMAX软件设计了一款离轴全反射成像光学系统。系统由三个非球面反射镜组成,放大倍数为0.4。仿真结果表明,本文设计的光学系统成像质量良好,接近衍射极限,加入现有的测试系统中可以满足高分辨率红外成像系统MRTD测试需求。

双向大视场消畸变低温红外目标模拟光学系统设计

为了选择合适的低温红外目标模拟光学系统,针对国内现有离轴三反射光学系统多存有弧矢视场较大,子午视场很小的问题,本文基于光学系统对称性法则,设计了子午和弧矢都为5°,波长为3～5μm的矩形双向大视场离轴三反系统,其焦距为400mm,F#为8。利用光学系统结构参数和反射镜的非球面系数,调整三镜的偏心及倾斜来消除畸变及其它像差,系统光学传递函数在6.5lp/mm时优于0.71,全视场均方根波像差达到λ/250,均方根最大弥散斑半径不超过7.0μm,达到衍射极限。另外,系统在各个谱段全视场范围内的最大畸变量小于0.04%。设计的系统可用于红外及可见波段,成像质量均良好。