菲涅尔透镜助降系统配置及终端误差分析

菲涅尔透镜助降系统的配置包含6个部分,一共有5种不同的波束稳定方案。着舰精度可以由误差方程来评定。基准下滑波束角安装角误差对着舰终端误差产生很大影响,如何确定该影响及其安全偏差范围具有实际工程意义。

菲涅耳光学助降系统稳定算法对舰载机着舰的影响

菲涅耳光学助降系统依据稳定方式对航母自身的六个自由度扰动运动进行补偿,此装置为舰载机提供光学下滑道,引导其进行安全着舰。理想着舰点的高度误差直接决定着舰载机能否成功着舰,而不同的稳定方式具有不同的波束方程会影响理想着舰点的高度误差。从波束运动的实际轨迹可以直观地比较在不同的稳定方式下舰载机飞行员跟踪波束的难易程度,同时利用理想着舰点高度误差这个评价指标可以有效地对着舰散布误差进行比较。所得结论发现,惯性稳定方式尽管可以最大程度地减轻飞行员的操纵负担,但这种稳定方式在中等海况下可能带来近20%的着舰失败率。

基于成像式照度探测的菲涅尔光学助降系统检测方法研究

为了解决菲涅尔光学助降系统(FLOLS)的检测问题,文中根据FLOLS检测应满足的技术指标,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并根据分析设计研制了成像式照度探测装置。通过试验,结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。

基于成像式照度测量的菲涅尔光学助降系统设计

为了解决菲涅尔光学助降系统的检测问题，提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案，并研制了成像式照度探测装置。试验结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测，满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。

菲涅尔透镜激光四象限定位系统光学设计

激光四象限定位光学系统具有体积小、精度高的优点。针对传统激光四象限定位光学系统结构复杂、质量大、成本高的缺点,提出采用菲涅尔透镜代替普通透镜。根据激光四象限定位光学系统定位原理,分析了光斑照度分布对四象限探测器输出偏差信号与目标方位角之间线性关系的影响,认为只有中心光照度低于边缘光照度的光斑才能产生这一理想线性关系。给出理想激光四象限定位光学系统的设计方法,利用此方法设计了实例,验证了分析结果的准确性。模拟结果中输出偏差信号与目标方位角的比值接近常数。

一种可用于“菲涅耳”光学助降装置稳定平台的并联机构设计

针对"菲涅耳"光学助降装置稳定平台的要求,提出一种能够实现一个方向移动和两个方向转动的空间3自由度并联机构。在航母横摇角、纵摇角以及升沉位移已知的条件下,通过并联机构的运动学分析可以求得驱动滑块的位移方程。分析结果表明该机构适用于"菲涅耳"光学助降装置稳定平台机构。

基于无人机平台的陆基光学助降装置动态标校系统

为满足舰载机陆基着舰光学助降装置动态飞行校验的需求,采用载波相位差分GNSS测量技术,构建基于无人机平台的动态校飞测试平台。首先分析菲涅尔透镜光学助降装置的标校需求,明确动态校飞系统技术指标要求。在此基础上构建包括无人机平台、高清摄像与记录模块、机载差分GNSS模块、姿态测量模块和地面显控终端的动态标校系统。最后介绍无人机动态标校流程,采用偏心观测法得到菲涅尔灯几何中心的坐标,结合IMU模块输出的姿态信息,得到航测相机成像几何中心的位置信息。应用结果表明,该系统可为菲涅尔透镜光学助降系统的动态校飞提供参考。

基于无人机和差分GNSS的光学助降系统标校方法研究

下滑光波束指示精度是菲涅尔光学助降系统的一项重要指标。针对菲涅尔透镜光学助降系统动态飞行检验的需求,首先,从标校系统的作用距离、测角精度以及光电平台成像性能的角度,分析了无人机标校平台的总体需求;然后,介绍了无人机标校系统的基本组成、标校流程、标校数据处理及误差分析;最后,分析标校关键技术及其解决方案。研究表明:基于无人机差分GNSS技术的标校方法满足菲涅尔透镜光学助降系统定期标校需求,具有灵活性高、组织实施效率高等优点。

光学助降引导系统在舰船上的发展与应用

舰船在海面上行驶时会受到海风、海浪和大气紊流等因素的影响,还时刻以六自由度运动,归航的飞行员要在较短的时间内依靠目视严格控制下滑偏差、迎角、航速和高度进行着舰,着舰可靠性必然变差影响安全。光学信号是着舰过程中最直观、快速的引导方式,尤其在通讯受到干扰、夜间等舱外参照物难以读取的情况下,光学助降系统为飞行员提供下滑偏差早期预测信息,从而保障飞行员安全。

基于菲涅耳微透镜的光学加速度传感器原理研究

目前航空业惯性导航系统中广泛采用的加速度传感器存在抗电磁干扰(EMI)和电磁冲击(EMP)能力差等缺陷,针对此提出了一种基于菲涅耳衍射微透镜的光学加速度传感器,它能够有效地解决上述问题。该传感器的传感原理是把一个反光膜平行地置于微透镜的后方,根据微透镜前方汇聚点处光强的变化来敏感加速度的大小。通过F resnel-Kirchhoff衍射公式详细推导了传感器的光学原理,并且对光纤的偏移对光强的影响进行了计算机模拟分析。结果表明:光纤接收的光强对反光膜的位置具有纳米级的灵敏度,并且对光纤沿微透镜焦平面方向的偏移极其敏感,当此偏移超过2μm,光强就会下降至不足理想情况下的50%。验证性实验结果表明这种传感器的原理是正确的。

基于无波前传感的菲涅耳透镜像差校正实验

为提高薄膜菲涅耳透镜成像性能,采用无波前传感的自适应光学系统对菲涅耳透镜点目标成像的波前像差进行实验校正.像差校正控制采用随机并行梯度下降算法,以远场光斑像清晰度函数为优化指标,算法迭代数十次后收敛.系统闭环校正后,焦平面光斑等效半径缩小了43%,二阶矩为0.997 5,接近理想极限1,像清晰函数值和峰值光强提高了一倍,光强的半高全宽达到1.2倍衍射极限,调制传递函数的中频分量显著提高.实验结果表明该方法结实现构简单,能快速、有效地校正菲涅耳透镜波前像差,改善系统的成像性能,可应用于大口径、轻量化的空间望远镜.

用全息透镜处理信息的激光定向系统的光学机理研究

本文从理论上分析了用全息透镜处理信息的激光定向系统的光学机理,制作了这种特殊用途的全息透镜,实验测得的定向系统方向调制特性曲线与理论分析一致。

菲涅耳引导光线惯性补偿稳定规律研究

过于狭窄的着舰甲板、航母的海上运动以及舰尾气流场的扰动,使得舰载机的着舰任务困难重重.在众多着舰方式中,菲涅耳光学引导着舰是最可靠、最常用的着舰方式.该文系统的介绍了菲涅耳引导系统(FLOLS)的组成、引导机理和惯性稳定补偿原理.利用国外的实测参数,采用成型滤波器的方法获得了船体的运动形式,根据系统结构配置分别建立了引导光线模型和惯性稳定补偿模型,通过静态仿真研究验证了模型的正确性和惯性稳定补偿策略的稳定效果,通过动态仿真分析得到了基于惯性稳定补偿的引导光线的运动规律.本文的研究为菲涅耳助降引导系统的实际应用和系统的引导控制研究提供了依据.

任意阶分数傅里叶变换光学系统

由菲涅耳衍射原理导出利用双透镜系统实现任意阶分数傅里叶变换的条件,给出分数傅里叶变换的阶及族参数与系统参数之间的一般关系,并对几种特殊情况进行了讨论。

组合式免跟踪聚光光学系统设计（英文）

针对当前聚光光伏系统中自动跟踪系统故障率高及跟踪成本大等问题,提出了一种由线聚焦菲涅耳透镜、反射式二次聚光器和全反射棱锥组成的组合式免跟踪聚光光学系统,论述了各组成元件的工作原理与设计方法。在光学设计软件Zemax里对该系统进行结构优化与仿真分析,结果表明,在俯仰角最大为16°时,该系统的平均聚光效率为24.1%,与FRS系统相比提高了18.7%。集成了基于组合式免跟踪聚光光学系统的免跟踪聚光光伏模组,初步测试结果表明,该模组在非跟踪状态下光电转换效率最高达到19.6%,4 h后光电转换效率仍能达到5.9%。

菲涅尔透镜光学助降器检测校准方法研究

统计数据表明，舰载机百分之八十的事故都是在着舰过程中发生的。鉴于舰载机着舰过程的高难度和高风险性，母舰上需要-套完备的着舰引导系统，引导舰载机沿跑道中线以一定的降落角度和高度，并以合适的姿态和速度安全降落在母舰甲板上。这不仅要求着舰引导系统自身具有准确的方位、距离、姿态的测控能力和高可靠性，还需要有可行的测试计量方法和准确的检测校准设备作为保证。

广义单透镜系统的傅里叶变换

一般情况下,单透镜实现傅里叶变换均将透镜处于空气中。广义单透镜系统的傅里叶变换是指单透镜不是处于空气中,而是处于前后介质折射率不同的光路中实现傅里叶变换,推证了广义条件下透镜的位相变换因子,论证了透镜前、后介质折射率不同时光学傅里叶变换的光场分布。结果表明：在广义单透镜系统中,透镜后焦面上光场复振幅分布相当于坐标压缩后物体的傅里叶变换。当透镜两侧介质折射率相同时,在透镜后焦面上可以实现物体准确的傅里叶变换;当透镜两侧介质折射率不同时,后焦面上光场分布相当于受凹凸透镜位相调制并将原物实施坐标压缩后的变形物体的傅里叶变换,等效透镜的凹凸性质取决于透镜前后介质的相对折射率。计算机模拟实验验证了结论的可靠性与可行性。

打破传统光学系统设计概念的首个折叠式空间望远镜

随着高分辨率成像卫星的发展，望远镜镜头的质量和成本快速增加，将超出运载能力最大的火箭的运载能力。传统玻璃镜而很快将达到技术瓶颈。美国国防部高级研究计划局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）正在开展的“薄膜型光学实时成像仪”（MembraneOpticImagerReal—TimeExploitation，MOIRE）项目，采用了基于菲涅尔透镜的衍射光学系统，而非传统光学系统采用的玻璃镜面或者透镜。

用于光丝激光雷达收集系统的非球面环带菲涅耳透镜设计

为满足激光雷达收集系统对远距离荧光信号探测要求,提出了一种基于多软件协同循环优化各环带面形的非球面环带菲涅耳透镜设计方法,并进行了透镜面形误差分析及透镜样件性能测试。利用该方法设计了一个直径为300 mm、焦距为670 mm的高收集效率菲涅耳透镜,使用LightTools软件对设计的菲涅耳透镜进行了光学仿真,收集效率可达52.2%。仿真和实验结果均表明:在400~950 nm光谱范围内,设计的菲涅耳透镜减小了透镜球差和色差对收集系统的影响,具有较高的能量收集效率,提高了系统光能利用率,满足系统性能指标要求。

大口径菲涅耳透镜远距离宽光谱聚光系统设计

针对使用光纤光谱仪探测远距离宽光谱弱信号的应用需求,基于成像光学与非成像光学的混合设计方法,设计了大口径菲涅耳透镜聚光系统。系统由直径为1.1 m的菲涅耳透镜、匀光棒、全反射准直器和中继透镜组组成,接收端为直径为2 mm、数值孔径为0.22的光纤束。大口径菲涅耳透镜具有质轻体小的优点,解决了传统大口径透镜体积大质量大的问题。由匀光棒和全反射准直器组成的非成像光学元件后组可减小由菲涅耳透镜口径增大引起的球差和宽光谱色差,使光信号能量分布更加均匀且出射角度减小;中继透镜组进一步控制光束发散角和光斑尺寸,使光信号在光纤束端面高效率耦合,提高系统的光能利用率。仿真和实验结果均表明,所设计的后组系统能够减小像差影响,有效控制光束发散角度和光斑尺寸,提高光能利用率,满足光纤光谱仪对远距离宽光谱弱信号进行光谱探测的需要。