基于神经网络的消色差旋转双棱镜反向解算

为了实现基于双棱镜的光电跟踪平台,需要根据光束指向精确求解两棱镜转角。基于非近轴光线追迹法与二步法,利用神经网络拟合了消色差旋转双棱镜角度差值与偏转角之间的关系,并在求解方位角与消色差旋转双棱镜两组棱镜转角的时候,将其中的非线性关系与线性关系分开,利用神经网络对其中的非线性关系进行了拟合,最终得到了消色差旋转双棱镜转角与出射光束指向的数值关系。实验表明,在仅用3层神经网络共20个神经元的条件下,得到了两棱镜旋转角度反向解算值达到了0.0001°量级。

旋转双棱镜光束指向解析解

光束指向机构实现光束指向调整时,需要搞清两棱镜的方位与出射光束指向位置之间的关系。本文采用一级近轴近似方法和非近轴光线追迹方法研究了旋转双棱镜指向系统的光束指向机制,由两棱镜的旋转角度推算出了出射光束指向的解析公式。对比分析了两种方法的研究结果并设计旋转双棱镜光束指向实验进行了验证。结果显示,非近轴光线追迹方法能准确地描述系统光束偏转机制,而传统的一级近轴近似方法的分析结果与实验值存在偏差,且光束的偏转角越大,偏转角的一级近轴近似解与实验值的差异越明显。当两棱镜旋转角之差为90°时,光束方位角的一级近轴近似解与实验值的差异最大。实验表明,对于大偏转角度旋转双棱镜光束指向系统,应采用非近轴光线追迹方法来探讨其光束偏转机制。

旋转双棱镜光束指向的反向解析解

用旋转双棱镜系统控制光束指向时,需要由光束的目标指向位置推算两棱镜的旋转角度(称为反向问题)。本文采用一阶近轴近似方法和非近轴光线追迹方法探讨了旋转双棱镜系统反向问题的完整解析解。首先,基于一阶近轴理论,利用中心算法分析了反向问题的近似解。然后,基于矢量形式的斯涅尔定律对系统进行非近轴光线追迹,用两步算法推算出反向问题的精确解。对比分析两种方法所得的反向解差异并设计实验对结果进行了比较和验证。结果表明,针对一个确定的光束目标指向位置,存在两套反向解。相对一阶近轴近似方法,非近轴光线追迹法推算的反向解更加准确。对于大偏转角度的旋转双棱镜光束指向系统,非近轴光线追迹法是推算其精确反向解的有效方法。

旋转二次曲面折射成像的球差分析

为研究旋转二次曲面及其透镜对轴上物点的成像质量,从二次曲面的标准方程出发,以折射定律为基础,导出了旋转二次曲面折射成像的精确球差公式,并由此计算了不同类型二次曲面及其透镜成像的球差,结果发现,旋转椭球面、抛物面和双曲面双凸薄透镜的成像质量都优于球面双凸薄透镜的成像质量.

抛物面与球面折射成像的球差分析

从抛物面和球面的标准方程出发,以折射定律为基础,导出了抛物面和球面折射成像的精确球差公式;计算了抛物面和球面及其透镜成像的球差,比较分析了两种折射曲面的球差特性;发现抛物面相对球面有球差校正作用,且抛物面薄透镜的成像质量优于球面薄透镜的成像质量.

旋转双曲面和球面折射成像的球差比较

为研究旋转双曲面及其透镜对轴上物点的成像质量,从双曲面标准方程出发,以折射定律为基础,导出了双曲面折射成像的精确球差公式,并由此计算了双曲面和球面及其透镜成像的球差,比较分析了两种折射曲面的球差特性,发现双曲面相对球面有球差校正作用,双曲面双凸薄透镜的成像质量优于球面双凸薄透镜的成像质量.

消球差旋转二次曲面的成像理论

当今光学仪器中,大都使用球面透镜,而这种透镜易形成较大像差,非球面透镜能够克服球面透镜的缺点,具有很高的实用价值.本文给出了消球差旋转二次曲面和消球差旋转二次曲面透镜,利用这种透镜能提高光学仪器的成像质量、简化内部结构.

无球差的光学曲面

当今光学仪器中,大都使用球面透镜,而这种透镜易形成较大像差,非球面透镜能够克服球面透镜的缺点,具有很高的实用价值.本文给出几种无球差光学曲面和无球差透镜,利用这种透镜能提高光学仪器的成像质量、简化内部结构.

露珠为什么格外明亮

全国中等卫生学校教材《物理学》在光学一章的课后练习中,有这样一道题:“露珠看上去是晶莹的,是因为它发光呢,还是其它什么原因?”。对此题,教师们普遍认为射进露球的光线在露珠内发生全反射,造成了露珠格外明亮。对于这种分析解答还值得商榷。

基于速度比的光楔扫描轨迹选取方法

基于非近轴光线追迹算法对光楔扫描系统的正向问题进行求解,得到不同速度比下的花瓣形扫描轨迹。根据光楔转速和取样间隔计算轨迹点数,根据轨迹点与坐标原点的距离曲线的极小值点个数计算花瓣数,进而建立由速度比计算花瓣数的关系式。通过轨迹点数和花瓣数评估不同速度比对应的扫描轨迹的扫描时间和覆盖率,总结扫描轨迹与速度比之间的规律,提出三光楔扫描系统获取规则、对称且不存在大片扫描盲区的扫描轨迹时速度比需要满足的条件。所得规律和结论可在光楔扫描系统的应用中合理确定速度比,从而选取满足扫描效率要求的扫描轨迹。

旋转双棱镜目标跟踪的非线性问题分析

旋转双棱镜用于目标跟踪时,其光束转向与棱镜旋转之间存在非线性关系。基于两步法解算两套棱镜角位置逆向解,沿目标移动方向求其方向导数来计算棱镜转速与光束转向率的比值,分析不同指向目标沿不同方向移动时的棱镜驱动和控制要求。结果表明:对于确定的旋转双棱镜系统,目标跟踪对棱镜驱动和控制要求只取决于当前目标指向偏转角及目标移动方向与径向的夹角;目标沿切向或径向移动,将分别导致系统观测场中央区和边缘区目标跟踪的棱镜旋转控制奇异性;目标跟踪对两棱镜旋转驱动和控制的要求存在微小差异,基于两套逆向解的分析结果无显著差异。

旋转椭球面折射成像的球差研究

研究单个折射面成像的球差是研究透镜及复杂光学仪器成像质量的基础.从折射定律出发,导出了旋转椭球面折射成像的精确球差公式,并由此比较了椭球面和球面及其透镜的成像质量.