小孔径采样在大口径系统主镜装调中的应用

为了满足大口径光学—红外系统主镜的检测装调,引入了小孔径采样方法对于系统主镜的低阶误差进行分析,进而对系统的装调进行指导。随着光学-红外系统的口径加大,由于检测成本等原因,之前在装调时使用的与制造过程中相同的检测方法已经不再适用。本文首先对于小孔径扫描的基本原理做出了介绍,之后提出了实现本文方法的硬件结构,最后通过数值仿真来验证本文方法的正确性与可行性。对于大口径光学-红外系统主镜的装调检测有着较好的指导作用。

一种大口径连续变焦距系统的结构设计

针对某大口径光电探测设备技术指标设计了一种口径为1 m级,焦距变化范围为2000~6000 mm的大口径、长焦距可见光连续变焦系统。比较了以往的连续变焦结构优缺点,选取了合适的凸轮机构并进行了详细地结构设计。利用有限元软件对连续变焦距系统中的关键结构件凸轮进行了静力学和动力学分析。计算了该种凸轮结构下的连续变焦距系统的精度为3.3μm,满足系统的测量要求。

大口径光学系统的镜面视宁度检测

为了保证大口径光学镜面加工检测的质量和效率,提出了提高大口径光学系统镜面视宁度检测精度的方法。利用电子自准直仪以及平面镜确定波前斜率,推导了基于斜率信息与镜面视宁度之间的关系。为了提高测量精度,突破单台自准直仪精度限制,采用三台自准直仪进行互标校。为了进一步降低误差,使用六自由度平台支撑立方反射体,使精度提高至0.01″量级。另外,结合频响函数的相关理论,估计得到了六自由度平台在检测环境下所引入的误差。最后,引入标准化点源敏感性(PSSn)对结果进行评价,并开展了数值仿真实验。针对模拟镜面视宁度,分别计算两个方向的斜率功率谱以及原始波前功率谱,然后利用之前给出的功率谱与PSSn之间的关系得到了两个方向的PSSn均为0.999。该镜面视宁度测量方法可以在模拟望远镜实际工况下,完成对于系统主镜视宁度的定量预测。

大口径反射光学系统装调装置设计研究

提出了一种应用于大口径、长焦距反射光学系统的光学件装调装置的设计方案,并进行了研制和应用。该设计方案采用具6自由度的装调装置。通过对该装置的精度、稳定性、灵敏度的测试和实验应用,能够满足光学系统装调的需要,可以看出该装置是该光学系统装调不可缺少的设备,结果表明对光学系统的像质影响很小。因此,通过精密的调整机构来完成6个自由度调整显得尤为重要。本文从满足装调精度要求的角度出发,对该装置的组成、工作原理、系统布置进行详细介绍。

空间大口径衍射成像系统的图像反演恢复与增强

面向高轨监视领域对超大口径、轻量化的高分辨率光学载荷的迫切需求,提出了一种以衍射元件为主镜的空间大口径衍射成像系统图像反演恢复与增强方法。针对大口径光学系统像差和主镜衍射效应引起的模糊严重以及点扩散函数空间变化性大等降质问题,基于正则化理论框架和等晕区分块思想,提出了基于多正则化约束的衍射成像系统图像反演恢复方法,研究了多参量多约束模型的高效求解方法。针对衍射效率不足和非设计级次背景杂波引起的图像信噪比低和对比度下降严重的问题,结合小波阈值滤波与非线性变换,提出了自适应的衍射成像系统图像质量增强方法。最后进行了实验验证,实验结果表明:当空变等级达到了3.0时,恢复结果与原始图像的结构相似度在0.8以上,信噪比提升10%以上,信息保真度在80%以上。该方法在有效提升图像清晰度与对比度的同时,提高了图像的信噪比,对超大口径薄膜衍射成像系统的实际空间应用具有一定的理论研究意义和工程应用价值。

基于均匀设计的大口径舰炮武器系统作战效能优化分析

大口径舰炮武器系统是水面舰艇遂行对岸火力支援任务的重要组成部分,对其进行仿真优化分析显得尤为重要。论文对大口径舰炮武器系统的效能优化问题采用仿真的方法进行了分析研究,首先通过分析得到影响大口径舰炮武器系统作战效能的主要因素,在仿真系统的基础上,采用均匀设计的方法进行仿真试验,通过均匀设计软件计算得到效能的回归模型。

主动随机送风条件下大口径离轴三反光学系统的计算机辅助装调

气流扰动是决定大口径、长焦距光学系统波前检测精度的重要因素,进而影响光学系统装调的效率和质量。针对该问题,提出采取主动随机送风来抑制气流扰动对波前检测的影响。实验结果表明,通过主动随机送风,可以提高系统波前检测的稳定性,Zernike系数测量结果标准差由0.04降低到0.01以下。进一步地,在主动随机送风条件下完成了一个0.5 m有效通光口径,6 m焦距的离轴三反消像散光学系统的计算机辅助装调。经过两轮迭代,系统波像差RMS平均值由0.49λ降低到0.086λ,满足系统像质要求。通过主动随机送风可以有效地抑制气流扰动对大口径、长焦距光学系统波前检测的影响,从而为计算机辅助装调提供稳定、正确的波前数据,提高了系统装调的效率和质量,这对于研制大口径光学系统具有重要意义。

大口径折反式355nm激光接收系统的调试方法

为实现大口径折反式355 nm激光接收系统的装调,提出了局部针对性的调试方法.两镜系统采用波长为355 nm和632.8 nm、镜间距一致的4D干涉仪自准直调试法;透镜组采用355 nm激光器和干涉仪前置镜头组成的自准直检测光路调试法。调试后得到两镜系统波像差均方根(RMS)为0.2026λ,满足设计指标0.2λ(λ为632.8 nm)的要求;透镜组调试后,理论后截距与自准直检测后截距差值在设计指标容差范围内。两镜系统与聚焦透镜组系统组合调试后,像方与物方焦点重合,接收系统调试满足设计要求。所提方法降低了系统装调难度,缩短了系统装调周期。

大口径激光发射系统卷帘式密封结构优化设计

为满足某车载大口径高能激光发射系统密封要求,设计了一种采用卷帘覆盖压紧密封原理的密封结构,以密封窗口整体重量、一阶频率和卷帘中心挠度三者为优化目标,应用集成优化方法,依托ANSYS workbench软件平台对密封窗口结构尺寸进行优化,优化后的密封窗口整体重量为7.25 kg,阶频率为1 356.8 Hz,卷帘中心挠度变形为6.075 9mm。密封窗口轻量化效果明显,各项指标均满足设计要求。该密封窗口设计可为同类型大口径激光发射系统的密封结构设计提供思路和参考。

大口径激光发射窗口镜多点支撑下结构研究

大口径激光发射窗口窗口镜由于径厚比高,刚度低,在自身重力下会发生变形,即镜面峰谷值(PV值)与均方根值(RMS)值过大,窗口镜会形成透镜,改变了激光发射输出端的发散角,不能满足激光发射系统的精准命中和能量集中的需求。建立了硒化锌材料的光学窗口的有限元仿真模型,计算分析在窗口镜径向支撑与底部安装支撑点结合轴向支撑作用时窗口镜的变形情况,并优化支撑体的材料、数量、位置分布。进行有限元仿真分析后,窗口镜面形精度满足PV值λ≤632.8nm与RMS低于λ/5≤126.56nm,支撑结构设计满足激光发射窗口需求。

大口径水表远程监测系统应用研究

大口径计量仪表远程监测系统的应用已处于飞速发展阶段,就系统的稳定性、数据传输的及时性与准确性几个方面如何进行正确评价与分析,目前行业内没有相关标准,作者结合实际工作对这一问题进行初步的探讨研究。

基于模型的大口径舰炮武器系统效能评估

为解决以文本的方式进行大口径舰炮武器系统效能评估过程中存在的一些问题,提出以基于模型的系统工程(MBSE)的方法论为指导,使用系统建模语言(SysML)建立系统设计模型,推导出效能指标,再进行效能评估的技术路线。此方式加强了系统设计模型与效能评估模型间的交互,通过生成的大口径舰炮武器系统的系统设计模型,确定与效能评估相关的计算参数,整个设计过程通过视图模型进行信息传递,既去除了非结构化的冗余信息,也能实现模型的迭代优化,得到不同系统设计模型下的大口径舰炮武器系统的效能值,从而优选出最佳系统设计方案,大大提升了武器系统的设计效率。建模从需求分析开始,与效能指标计算形成闭环验证,结果表明该技术路线进行大口径舰炮武器系统效能评估具有可行性。

一种红外成像导引头光学系统杂散光的消除

反射式红外成像导引头光学系统存在杂散光。首先,分析导引头系统的漏光杂散光,完成了导引头系统遮光罩的设计,系统遮拦比为0.476;然后,对二次反射鬼像进行分析发现,由后镜组第一片透镜的前、后表面引入的鬼像能量较强,提出必须提升该透镜表面的反射率以降低鬼像能量,而且外镜筒吸收率应达到0.9,以削弱结构件一次散射杂光对成像的影响;最后,使用光线模拟追迹软件ASAP进行仿真计算,得到系统的杂光系数为5.8%,证明了设计的可行性,保证了导引头光学系统的成像质量。

大口径米量级的激光光束质量测量装置标定方法研究

随着激光的应用越来越广泛,大口径米量级的激光光束质量测量具有重要的研究价值。为规避大气影响,对大口径米量级的激光光束质量的测量一般采用波前测量法在激光系统出口处直接测量。而为了实现精确测量,则需先对大口径米量级的激光光束质量测量系统进行零点标定。本文提出了一种采用小口径的标定光源对大口径测量系统进行扫描标定的方法,分析了不同扫描方式下由标定光源平行度残余误差引起的光斑质心偏移情况,并对不同扫描方式下不同标定光源平行度残余误差对系统测量精度的影响进行了仿真分析。根据波前复原结果,选择了单向扫描方式,并提出在缩比验证测量系统口径为127 mm时,标定光源平行度残余误差应不大于5μrad;在实际测量系统口径为1.27 m时,标定光源平行度残余误差应不大于0.5μrad。

大口径望远镜jitter检测与评估综述

为了更好地理解与评估大口径系统jitter,首先对jitter的概念进行了描述,之后对jitter的来源,影响因素等展开了论述;然后着重介绍了30 m望远镜的三镜系统(thirty meter telescope tertiary mirror,TMT M3),其要求在系统准直标校之后jitter的要求为0.1″RMS,经过自适应滤波之后为0.2 mas RMS,针对该要求,对TMT M3 jitter的分析与检测要求以及步骤进行了介绍。最后,从主动隔振以及控制策略的角度简述了对jitter的抑制方法。文章对理解jitter的产生与性质以及jitter的抑制都有着较好的指导意义。

哈特曼原理子口径斜率扫描检测及误差研究

提出了一种基于哈特曼原理子口径斜率扫描再重构波面的检测方式,研究了一种解决大口径光学系统不同俯仰角下的像质评价的方法。该方法无需同等口径标准镜,通过扫描方式获取波面信息。采用光学软件与数学分析软件通过DDE接口连接进行计算机联合仿真的方式进行探究,仿真光学系统采用主镜Φ720 mm,次镜Φ100 mm的卡塞-格林系统来验证该方法的可行性,利用随机误差注入及多次扫描平均的方法进行了该检测方式中重构波面精度的研究;系统探究了光斑中心提取误差、子口径定位误差、子口径倾斜误差对于该检测方法重构波面精度的影响。给出了该方法仿真结果与光学软件仿真结果的对比,并获取了误差注入时各误差与重构波面精度的物理模型。

大口径巡天望远镜校正镜弹性体支撑

为了探究宇宙起源与演化过程,大口径巡天望远镜将突破已有的探测深度和广度,帮助人类解决更多科学前沿领域问题。大口径校正镜组不同于普通的透射式光学系统,为了使校正镜组性能满足设计要求,总结分析了透镜支撑设计的基本原理和一般方法,建立了弹性体有限元模型,进行了参数化分析并优化了支撑结构关键部位。着重考虑透镜和镜室在不同重力载荷下的位移变形、应力变化和成像质量要求。结果显示,在0°~90°俯仰角变化范围内,弹性体支撑的透镜标准化点源敏感性值最小值为0.9731,其面形误差、应力和位移等方面均满足系统设计要求,以上的工作对于类似的大口径系统设计与优化有着一定指导意义。

大口径望远镜Jitter测量方法研究

为了更好地对于大口径光学系统Jitter进行评价,本文利用加速度信号提出了对于Jitter的测量方案.首先,基于刚体运动学理论,得出所需的Jitter信号;在对比了不同的数值积分方法之后,选择频域积分方法从加速度信号获得位移信号,并结合功率谱的方法分析了系统的动力学特性以及测量方法的误差传递性能;最后,本文通过对于米级望远镜的整体进行的Jitter测试,获得了镜面法向、倾斜以及系统整体的Jitter,分别对应为2μm RMS、2"RMS,同时获得测量误差大约为5%,验证了本文理论的正确性与方法的可行性.本文的工作对于大口径光学元件的检测装调成有着重要的意义,同时对于jitter的抑制也有着一定指导意义.

基于曲率/斜率混合传感的镜面视宁度检测方法

随着光学元件的口径增加,无论是在加工检测还是在站址观测过程中,镜面视宁度的影响已经越来越难以忽略。在此情况下,研究可以定量测量镜面视宁度的方法与设备就显得十分重要。基于曲率/斜率混合传感策略,结合冷冻湍流假设实现镜面视宁度评价在时-空域上的转化,实现对镜面视宁度大动态范围的检测。首先,对曲率/斜率混合传感的基本方法进行了理论推导,并以标准化点源敏感性作为评价指标进一步分析了检测过程中的镜面视宁度变化。实验结果显示,在热扰动流场较为均匀时,镜面视宁度的影响较流场反复变化时小,由于湍流不稳定所引入点源敏感性(PSSn)为0.971 8。实验结果证明基于曲率/斜率混合传感的方法可以定量分析大口径光学元件镜面视宁度,对于后续开展的大口径系统设计优化与检测加工具有很好的指导意义。

大口径光学系统测试用双回转子孔径扫描装置设计与误差分析

设计了一种新颖的双回转子孔径扫描装置,得到了可以覆盖大口径光学系统全口径的子孔径扫描光斑,从而满足了大口径光学系统光谱透射特性的测试需求。结合双回转扫描装置的结构参数误差,基于齐次坐标变换矩阵原理,建立了双回转扫描装置的数学模型,提出了一套分析子孔径扫描精度的方法,并且在设计双回转子孔径扫描装置中实现了应用。分析结果表明,当双回转子孔径扫描装置的回转半径rη≤400mm时,子孔径扫描精度Δrη为-0.007～0.028mm。提出的子孔径扫描误差估计方法、建立的扫描运动坐标转换模型和得到的误差数据结果可作为类似回转扫描机构的设计参考,也为基于双回转子孔径扫描方法的大口径光学系统光谱透射特性测试的深入研究提供了理论依据和数据基础。