光电探测系统半参数模型运动学标定

针对光电探测系统高指向精度要求,提出了补偿最小二乘法与双三次样条插值相结合的半参数模型标定算法来减小系统指向误差。根据光电探测系统结构组成,运用多体系统理论建立系统指向误差参数模型。引入非参数分量,建立半参数模型,应用补偿最小二乘法对半参数模型进行标定得到修正模型。搭建实验平台测得两组数据,分别用于运动学标定与验证修正结果。实验结果表明:系统方位向、俯仰向指向误差均值从92.1185″、75.9358″降低到2.7100″、2.7755″,指向误差标准差从21.6522、15.1744降低到10.8645、10.7305。表明提出的标定算法能有效提高光电探测系统指向精度和空间指向稳定性,且能同时考虑系统误差的线性与非线性关系。     

激光光束指向稳定性的测量

光束指向的精确测定技术是光路自准直系统的重要基础技术.本文给出了激光光束指向稳定性的测量方法,利用图像采集卡、CCD相机和自主研发的图像处理软件,对静态光斑及连续He-Ne激光器的输出激光束指向偏差进行实验检测.结果表明:给出的测量系统光束指向角度的测量精度接近1μrad.     

基于有限元分析的大型固体激光器稳定性指标重分配

在大型固体激光器结构稳定性设计中,使用等概率分配方法的分配值作为光学元件稳定性设计指标常常会增加结构设计的难度,造成结构建造的巨大浪费。为此,提出了基于结构有限元分析的稳定性指标重分配方法,即将同一光路中光学元件振动响应引起靶点光束的定位误差作为各自的权重系数,采用线性加权和法对稳定性指标进行重新分配。稳定性指标重分配后,所得到的同一光路中各光学元件的安全系数相等。利用此方法对某大型固体激光装置主机装置靶区一条光路中光学元件的稳定性指标进行了重分配,得到每条光路上光学元件稳定性的安全系数均为1.229,满足结构稳定性设计要求。     

相干合成子光束一致性检测研究

分析了激光相干合成装置及其光路调整要求,提出利用剪切干涉检测合成光路中子光束一致性的方法。分析剪切干涉原理,建立了剪切板干涉物理模型,以相干合成中两路矩形光束拼接组束为例,数值模拟并研究了子光束的整体倾斜、离焦所对应的剪切干涉条纹,得到了条纹图像与子光束光轴误差、离焦误差之间的对应关系,用于相干合成光路中子光束光轴和发散角误差的判断。光轴倾斜大于5μrad时,可以直接观察互干涉和自干涉条纹变化,发散角在大于10μrad时,干涉条纹变化明显。此外,剪切干涉的自干涉条纹平移可用来检测子光束间的活塞误差,可作为光束拼接相干合成中闭环相位检测和控制的手段。     

潜望式激光通信瞄准机构误差计算

本文提出了一种机构指向误差计算方法。首先,采用反射镜单位法向量和光束单位方向向量分别表示机构反射镜的姿态和激光束的传播方向,接着采用坐标变换和矩阵传递求出反射镜在总体坐标系中的单位法向量,通过向量对称计算出激光束经过两次镜面反射后的方向向量,最后将机构各参数的理论值和实际值代入上述算法,分别求出激光束经过两次镜面反射后的理论方向向量和实际方向向量,两向量夹角即为机构的指向误差。在得到指向误差和部件误差的关系式后,机构设计时即可通过机构指向误差反计算求出部件的误差值。结果表明:机构物理样机测试指向误差值为0.005 7°,将机构部件参数测试误差值代入误差正计算算式,得出机构的指向误差值为0.006 1°,以该指向误差通过反计算得出的参数平均误差值为0.002 25°,与测试结果相近,可以为机构的精度设计提供参考依据。     

光束指向稳定性高精度检测方法研究北大核心CSCD

光束指向稳定性是高能激光应用研究中的一项关键指标,光束指向稳定性的检测是高能激光系统性能实现的重要环节。以长焦距聚焦反射镜与高分辨率CCD(charge coupled device)为主要元件,构建高精度的光束指向检测装置。采用灰度重心法定位光斑中心,并以理想光斑与实测光斑为例进行验证,误差小于1个像元。利用CCD高频采样,统计单位时间内光斑中心位移,获得光束指向稳定性指标,检测实例精度可达1.25μrad。该方法简便易行,测量精度高,适用于各种波长的激光光束指向检测以及其他相关参数的测量。     

光学器件微振动引起的光束指向稳定性分析

提出一种可以从时域和空域两个方面更准确地表征光束指向稳定性的动态方法,解决大型光学系统中光学器件微振动对光学系统的影响的描述问题.基于实际应用中机械结构的模态分析及微振动对光束的影响,将机械模态和光学系统有机地结合起来,建立了光学器件微振动模型.然后以神光Ⅱ装置中的空间滤波器为研究对象,分析了空间滤波器出射光角度的时间...     

光电跟踪仪光轴平行性要求分析和误差分配

光电跟踪仪光轴平行性要求与跟踪瞄准精度、激光测距传感器照射激光光束发散角、激光回波接收系统探测视场有关，尤其是对于小目标，还与激光测距作用距离和探测概率有关。从光电跟踪仪激光测距原理和指标要求出发，分析照射光束能量分布特点，考虑温度、振动等环境因素和变调焦引起的光轴稳定性误差，提出了光电跟踪仪光轴平行性要求的计算方法。同时根据工程实践考虑光电传感器原位更换和现场标校的维修性，建立了光轴平行性误差分配模型，讨论了各随机误差项、各标校残余误差项的一般控制要求和估计方法，为光电跟踪仪设计分析、制造工艺、维修性改进提供参考。     

舰载光电指向器多轴系耦合精度分析

光电指向器的轴系精度直接影响到光电系统的整体性能指标。分析了光电指向器轴系之间精度影响关系,根据对方位轴系、俯仰轴系和视轴轴系的各项误差源分析计算出各轴系误差值,结合在安装过程中方位轴系误差与俯仰轴系误差建立数学模型,寻找方位角和俯仰角与方位轴系、俯仰轴系、视轴轴系的误差之间的耦合关系,并将三个轴系误差进行耦合后建立数学模型分析。该分析方法和结果为光电指向器的多轴系结构耦合误差设计提供了理论及工程依据。     

“LPP-EUV”光源中的高功率CO_2激光监测与控制系统

为了满足激光诱导等离子体（LPP）体制下极紫外（EUV）光源对CO2激光器提出的稳定性需求,建立了简化的CO2激光传输系统模型,根据光束稳定性需求对光束功率、指向和位置的监测与控制方法进行了理论和实验研究。根据高功率CO2激光传输系统特点,在实验室内建立了上述光束监测和控制实验系统,包括光束功率控制模块、光束指向控制模块和光束参数监测模块,其中光束参数监测模块可实时测量光束功率、指向、尺寸及发散角等重要参数。仿真与实验结果表明：光束功率控制模块对线偏振激光功率的控制接近1%～100%,光束指向控制模块实现的光束指向稳定度在10μrad以内,可满足CO2激光驱动源的高稳定性要求。     

激光波长合束精度研究

对双光束波长合束精度进行了研究。用镀有特制光学薄膜的滤光片对波长为532和515 nm的两束激光进行合束,并对合束精度进行检测。基于此系统,建立了对应理论模型,并对合束及检测的误差来源和大小进行全面分析。两光束指向稳定性均为50 μrad时,合束精度理论值为14.69″,指向稳定性所占比例为99.26%,系统对质心定位等不稳定因素（误差变化< 3倍）抗性极好,精度变化< 2.4‰;指向稳定性提高到23.51 μrad时,合束精度理论值为7.09″,指向稳定性所占比例为96.77%,系统仍有较高抗干扰能力,精度变化< 1%。分析表明,影响近场小功率合束精度的因素有激光指向稳定性、机械调节和质心定位误差,其中激光指向稳定性是主要因素。通过调节各因素的比例,可对合束的抗干扰能力进行控制。     

旋转双棱镜光束指向控制技术综述

旋转双棱镜系统通过两棱镜的共轴独立旋转改变光的传播方向,可用于调整光束或视轴指向。与传统的两轴、三轴式光电平台相比,基于旋转双棱镜设计的光束或视轴调整装置具有精度高、结构紧凑、动态性能好等优点,已成为传统光电平台的有益补充。本文分析了双棱镜系统的光束指向调整机制;介绍了国内外相关基础研究的热点问题,主要涉及光束转向机制、光束扫描模式、棱镜回转控制以及棱镜引起的光束变形、成像色差、成像畸变的研究。文中描述了该项技术的应用进展,给出了利用该项技术开发的典型产品以及该项技术在激光光束指向调整和目标搜索、识别与跟踪成像方面的应用。最后,探讨了旋转棱镜在扫描模式、光束质量、成像色差与畸变、回转控制等方面面临的技术难题,并对其发展趋势进行了展望。     

指向误差对海上无线光通信误码率性能的影响分析

基于近海环境的大气信道测试链路,实时测量了大气湍流中的大气折射率结构常数、光束漂移方差和光束半径等参数的实验数据。对仅考虑湍流影响和考虑指向误差影响的无线光通信的误码率(BER)模型进行对比分析,分析考虑指向误差影响下的BER分别随大气折射率结构常数、光束漂移和光束扩展半径的变化关系。分析结果表明,实际测量的BER分布随着大气折射率结构常数的增大而变大,受到光束漂移和光斑扩展效应的影响,在大气折射率结构常数较小时,实际测量BER较理论计算的BER大10~20个数量级。     

一种基于光栅的滚转角测量新方法

提出了一种利用一维平面透射光栅作为敏感器件的滚转角测量新方法。利用聚焦透镜及光电位置探测器组成接收测量单元, 避免了直线度误差带来的影响; 利用光栅的±1级衍射光束构成双光路差动测量, 基本避免了俯仰、偏摆角的串扰, 实现了误差分离, 同时增强了抗干扰能力。通过详细的理论分析, 论证了方案的可行性, 并在此基础上通过实验得到了定标曲线, 其线性相关度为1, 滚转角测量的角度分辨率可以达到0.6″。测量方法简单灵活, 仅需更换不同线数的光栅便可满足不同测量精度的要求。     

微振动激励作用下编组站镜架对光束指向的影响

 编组站是靶场光路传输系统的重要组成部分,编组站镜架的稳定性对光路的传输有着直接的影响。为了分析微振动对光束指向性的影响,采用有限元分析软件建立镜架的有限元模型,将数字式地震仪测得的镜架安装平台的速度功率谱密度函数作为载荷施加到分析模型上,计算得到了编组站光学元件（A,B,C,D）在基座微振动激励作用下的转角漂移分别为0.338,0.327,0.289,0.241 mrad,均小于稳定性指标0.460 mrad的要求;采用加速度传感器对光学元件A的转角漂移测试结果为0.340 mrad,与分析结果的误差为0.6%,说明所采用的计算分析方法是有效的,为精密镜架的设计分析提供了有效的方法。     

光学系统受迫振动的激光测量方法

将激光信号与高帧频CCD结合,解决了光学系统中振动信号和激光信号之间的转换问题,不仅能够测量振动对系统光束指向稳定性的影响,而且能够得到振动信号本身的频率特性。利用该方法对振源为150 Hz和200 Hz两种条件下的光学系统受迫振动进行测量,得到了与输入信号相吻合的振动信号属性。通过实验与分析得知:时域振幅测量精度为6.25 m,频域分辨力为2 Hz,方法简便高效,测量结果准确,已应用于角多路准分子激光主振荡功率放大器系统打靶试验平台光束指向稳定性的研究中。     

机载光电稳瞄平台减振技术研究北大核心CSCD

机载光电稳瞄平台受飞机作战环境的干扰因素,会引起设备环架的振动,对光电平台载荷视轴的稳定性及跟踪精度影响很大,减振的主要任务是有效隔离环境振动。与传统橡胶减振器比较,文章提出了一种新型机载光电稳瞄平台的柔性减振设计。并通过ANSYS仿真软件对新的减振模型进行了模态仿真分析,通过振动试验对设计的性能进行了有效评估,测试结果与仿真评估误差为0.56%,说明该设计对机载光电稳瞄平台具有减振性。     

离散式光学系统光轴指向误差建模与数字化标校

针对离散式光学系统光轴指向误差标校需求,研究了一种基于测星法的光轴指向误差数字化标校技术。以某型离散式光学系统为例,采用四元数数学方法推导了含有光机结构加工装配误差以及传感器测量误差在内共计11个系统误差参量的地理系光轴指向模型。将指向模型中包含误差参数的三角函数项泰勒级数展开并作一阶近似处理将方程线性化。通过最小二乘原理获得了光路中系统误差解算模型。基于天文导航基本原理建立了以星体为目标的标校基准。通过实验测试完成了光轴指向误差数字化标校技术原理验证。分析表明：通过测星法光轴指向误差数字化标校能够大幅提高离散式光学系统光轴指向精度。本文研究方法和结论可以为离散式光学系统光轴指向误差标校提供参考。     

一种采用干涉仪测量光电稳瞄系统稳定精度的方法研究

为了满足未来高精度光电稳瞄系统rad级稳定精度的测试需求,提出一种基于干涉仪测量的稳定精度测试方法。基于泰曼格林干涉仪中同源两光束光程差对干涉条纹的影响,利用CCD观察干涉条纹的微小变化,实现稳定精度测试。采用该测试方法对快速转向镜（fast steering mirror,FSM）的指向精度和某型光电稳瞄产品稳定精度进行了测试研究,结果表明,该方法对稳定精度的测量精度可以达到0.2 rad。     

计算流动显示技术(CFI)在自然对流流场测量中的应用

计算流动显示(CFI)技术通过利用仿真光测实验中光束的运动规律与光学干涉测量方法的数学模型,并根据计算流体动力学(CFD)的结果,获得仿真的光学干涉图像。本文通过计算机模拟数字散斑干涉中激光光束的运动规律得到了封闭方腔中空气自然对流的CFI光学图像,并将此仿真光学图像与实验得到的图像进行对比,指导实验的进行和自然对流中测试参数的计算。