倒立式三视场施密特望远镜关键技术研究

研制了基于三分区镜的倒立式三视场施密特型望远镜,对其关键技术进行了分析。利用正三棱锥的几何对称性,推导了3个视场的视轴夹角与分区镜面夹角之间的关系式,设计了用于实现多视场观测功能的三分区镜;通过有限元法分析了倒立式施密特望远镜主镜重力形变对像质的影响,阐述了检测光路关键参数对施密特修正镜加工误差的影响程度,采用蒙特卡罗法对该光学系统的杂散光进行了分析。最后对整个光学系统进行了实验检测,检测结果表明:实际研制的三分区镜镜面之间的夹角为133.08°,可同时对相互垂直的3个视场进行观测;该望远镜光学系统的PV=0.614λ,RMS=0.105λ(λ=632.8 nm)。该系统可用于地球空间姿态测量,拓展了施密特望远镜的应用范围。

采用单位激励与逆向复算的2m平面镜检测技术

为解决Φ2m平面镜高精度面形检测问题,并提高瑞奇-康芒检测方法的可靠性,研究了一种基于单位激励法与逆向复算的Φ2m平面镜面形检测技术。分析了在气流扰动、球面镜面形等误差源对单位激励面形计算方法的影响;采用单位激励与光学软件逆向复算相结合的方式,提高瑞奇康芒-检测方法的可靠性。仿真分析2m平面镜检测过程中气流变化对面形恢复的影响,结果显示:在气流影响情况下,经过多次平均计算面形解算稳定性保持在0.003λ;在球面镜面形影响情况下,面形计算精度达到0.0079λ。采用这种方法,对实际Φ2m平面镜进行面形加工过程控制,面形检测结果显示该平面镜的RMS达到0.0415λ,PV为0.2040λ(λ=632.8nm)。该研究旨在解决误差影响情况下大口径平面镜面形检测问题,对于实际镜面加工、检测具有重要的应用意义。

融合遗传算法和BP神经网络的光斑定位方法

针对振动环境中传统光斑中心定位算法存在的处理时间长、精度低等问题,本文提出一种基于遗传算法优化BP神经网络的光斑定位方法。使用BP神经网络对光斑位置进行预测,并通过遗传算法对神经网络进行优化。构建BP神经网络模型,将使用质心、形心、高斯拟合等方法求出的光斑中心位置以及形心法求出的光斑半径作为输入,对光斑真实中心位置进行预测。并使用遗传算法优化神经网络的权值和阈值,以增强预测效果。实验过程中,通过对光学系统外加干扰模拟振动环境,采集数据用于神经网络训练和算法验证。实验结果表明,优化前后的标定测试迭代次数分别为55和29,平均误差分别为0.81像素和0.45像素。由本文结果可知,在遗传算法的优化下,神经网络算法的迭代速度和预测精度均有所提高。

红外成像与激光发射系统共口径结构轻量化设计

针对某空间红外成像与激光发射共口径光学系统主支撑结构的轻量化设计问题,在低质量及高力学性能的基础上,对主支撑镜筒结构优化、仿真分析以及红外成像系统样机的性能检测等方面进行了研究。首先利用简化载荷的模型,根据变密度法,建立了以支撑镜筒柔度为目标函数,以质量保留比为约束的拓扑优化数学模型,实现了初步轻量化;然后基于响应面法,通过中心复合试验设计了多目标遗传算法,对初步轻量化模型进行了多目标优化,实现了最终轻量化;最后对红外成像系统实物样机的系统调制传递函数和焦距进行了检测。研究结果表明:经两次优化的模型轻量化率提高了13%,1阶固有频率提高了24.7%,最大应力降低了42.3%,最大变形减少了20.7%;实际检测结果显示经优化设计的主支撑结构满足使用要求。

基于增强型海明码的CAN总线实时性研究

为了提高控制器局域网络(CAN)通信的实时性,提出一种增强型海明码来替代CAN总线协议中的循环冗余校验码(CRC)。增强型海明码在传统海明码的基础上进一步优化,保留了传统海明码自动纠错的优点,在不增加码字冗余度的同时,新增状态码对信息码和校验码分类校验,提高了误码检测速率。相较于CRC校验,增强型海明码占据位数更少并且可以根据数据段动态调节位数。实验结果表明,增强型海明码相较于CRC校验数据传输帧率平均提升了23.58%,在6到8字节的数据传输情况下,误码检测能力相较于CRC校验平均提高了8.83%,有效提高了CAN通信的数据传输帧率,同时保证了多字节情况下的误码检测能力。

基于高精度抖动补偿系统的星模拟技术

为抑制地面环境扰动的影响,提升星敏感器地面验证实验的标定精度,提出一种具有抖动补偿功能的星模拟技术。该技术通过可调激光光源提供抖动补偿信标光,利用大口径分光棱镜对多目标星图合束,使用大口径高精度压电偏转镜实时反馈补偿稳定星光,配合长焦距平行光管为高精度星敏感器提供高稳定恒星目标源。仿真研究了该系统性能参数,结果表明补偿精度的峰值偏差为0.045″,补偿分辨率为0.01″。构建了基于抖动补偿系统的星图模拟系统,现场通过4D干涉仪实测得到的该系统补偿分辨率达到0.01″,补偿精度优于0.1″。所提技术能够探测微小光轴偏移并进行高精度反馈补偿,能为高精度星敏感器地面验证系统提供稳定的恒星目标,为后续需要高稳定目标源的系统提供一种解决方案。

基于800 mm口径半椭球反射镜的高温材料光谱发射率测量技术

为解决中高温条件下材料发射率的测量问题,提出了一种基于半椭球反射镜的高温材料光谱发射率测量技术。该技术使用800 mm口径半椭球反射镜大范围聚焦信号光,利用3种离轴抛物镜来切换不同测试视场,并利用高功率激光器对样品进行加热。仿真研究了所设计系统的测量误差,结果表明,反射率测量偏差最大为0.035,透射率测量偏差最大为0.031。构建了基于800 mm口径半椭球镜的发射率测量系统,测算了某合金材料和某半透明材料的反射率、透射率和发射率,表明所设计的系统可实现常温到中高温(300~1200 K)、多视场(30°、60°、90°)、宽谱段(2~14μm)的测量。

用于材料高温光学参数测量的半椭球反射镜光机特性分析

为提升材料高温光学参数测量设备的光能利用率以及在待测样品表面获得更高的辐照度,将半椭球反射镜应用于该设备中。首先介绍材料高温光学参数测量设备以及半椭球反射镜在该设备中的作用,然后利用光线追迹和有限元分析的方法对半椭球反射镜的光学特性和面形变化分别进行分析,接着对半椭球反射镜在30℃下的面形变化对其光学特性的影响进行研究,最后通过三坐标测量仪对半椭球反射镜内表面的面形进行测量,并对仿真结果进行验证。实验结果表明:30℃下,半椭球反射镜去除椭球形变之后的形变量均方根(RMS)为2.15μm,使用Φ15 mm黑体辐射源所获得的辐照均匀度为61%,能量利用率为7.6%,利用三坐标测量仪检测得到的RMS为5.75μm。本研究为测量材料高温光学参数提供了一种新的思路。