周视大像旋稳海天线向量角补偿算法

为使两轴周视光电探测系统在三自由度扰动和大像旋条件下搜索并跟踪水面目标,在虚拟天际线焦平面像五自由度解析表达式基础上,推导出焦平面坐标系铅直轴的方向向量和该坐标系下海天出射平面法向量夹角的余弦表达式.该式求反余弦后减π/2,得到焦平面铅直坐标轴的方向向量和海天出射平面法向量小于π/2的夹角,该夹角的0.5倍作为俯仰反射镜的净作动量,目的是克服非线性像旋使包含目标信息的虚拟海天线的像线通过焦平面中心.该算法与方位补偿算法联动能够使目标像点始终逼近焦平面原点.通过数学模型仿真和真实工况试验都验证了俯仰机构位置环海天线向量角补偿算法的合理性.     

两轴周视光电跟踪天际线焦平面像的解析表达

鉴于动基座周视光电跟踪系统的基座俯仰和横滚角会造成天际线在红外焦平面阵列上所成的像不再与反射镜面俯仰轴在焦平面阵列上的投影平行,建立了动基座两轴周视光电跟踪系统的五自由度数学模型。重构了包含目标信息的天际平面在大地坐标系下的方程,推导得出了天际线在焦平面阵列上成像的解析表达式,并将其与反射镜面俯仰轴在焦平面阵列上的投影表达式进行了对比。天际线焦平面阵列成像的解析表达式可为目标可测、天际线不可测情况下,沿像的方向向量及其正交方向进行方位、俯仰补偿及目标方位解算提供理论前提。     

基于像清晰化函数最优化的高速机载相机动态像质补偿技术

为满足高速飞行器对目标快速识别和打击的需求,针对大观测场高速机载光电探测系统像质退化严重、像质补偿元件机构复杂、像差校正实时性较差的问题,提出采用可变形反射镜作为动态像质补偿器对传统高速动态成像光学系统像质进行补偿和改进.利用基于像清晰化函数最优化的自适应光学动态像质补偿技术的优化算法对系统动态像差进行闭环实时校正,通过仿真对所提出的方法进行可行性分析和验证.仿真结果表明:与校正前相比,该校正方法使光学系统在60°大角度观测场内泽尼克动态像差变化量的峰谷值最大下降17.5%,点列图弥散斑均方根半径降低至10.61%,校正后的系统残余像差小,在整个观测场内,像质均接近光学衍射极限.     

非制冷红外焦平面无效像元识别与实时补偿

非制冷红外焦平面阵列(UFPA)不可避免地存在无效像元, 这对UFPA的成像效果造成了极坏的影响。为解决这一问题, 在分析并总结各种非制冷红外焦平面无效像元识别算法优缺点的基础上, 提出一种新的无效像元识别与实时补偿方法。根据像元响应特性, 采用循环迭代法以搜索最优的无效像元判别阈值, 并据此标识出无效像元的位置。在硬件实现阶段, 对于M×N的UFPA器件, 在任意采样时刻, 利用移位寄存器保存当前采样点之前的M个响应值, 使其输出可实时更新为与采样点同列的上一个数据; 同时, 利用一般的寄存器实时保存与采样点同行的前一个数据, 采用同帧行列间内插法实现无效像元的实时补偿。该算法有效地解决了无效像元识别阈值选取困难及不易实时补偿的问题。针对320×240的UFPA器件, 该算法在基于FPGA的红外图像处理系统上得以实时实现, 成功地消除了无效像元对UFPA成像效果的影响。     

大口径像旋补偿系统的分析与设计

由成像系统和可控扫摆镜组合的具有周视功能的系统常出现像旋现象,根据反射棱镜具有调整光轴和引起像旋的性能,将不同的组合结构设计成像旋补偿系统,以相互抵消的方式来消除像旋的影响。利用平面反射镜组合代替反射棱镜的方式,消除棱镜加工等实际因素对通光口径的限制。根据反射棱镜转动定理分析扫摆镜产生像旋的原因,举例说明反射镜组合能够解决大口径扫摆光学系统的像旋问题。     

平行光路稳像计算机模拟显示的算法分析

本文以转动与坐标转换关系为基础，利用点、矢量在空间坐标系中移动或者转动的作用矩阵，不仅解决了点、矢量在两个空间坐标系之间的转换，而且提出了在平行光路中点、矢量在动坐标系中的运动转换到静坐标系中去的方案，并推导了相应的公式。此外，还介绍了在稳像过程中稳像所须补偿角大小的确定方法，为平行光路稳像ＣＡＩ（计算机模拟显示）提供了必要的算法。     

含扫描反射镜的星载相机异速像移分析

在星载相机中,扫描反射镜通常会带来异速像移,导致时间延迟积分(TDI)CCD上像移分布不均,不同摆角下,这种分布情况均不同,给像移补偿造成困难,难以获得清晰的成像效果。为此进行分析,建立了含扫描反射镜的像移模型。针对某一低轨卫星参数进行仿真,得到了在不同摆角下,不同视场对应的像面像移量和偏流角。若以像面中心像移量和偏流角作为补偿标准,补偿后,CCD各点的偏流角残差较小,当像移量残差小于1/3pixel时,即可认为补偿有效。不同摆角下,这种补偿效果是不同的。通过分析,当摆角在(-20℃,-0.12℃)和(0.17℃,20℃)内时,异速像移明显,成像效果不佳;在(20℃,35℃)、(-35℃,-20℃)和(-0.12℃,0.17℃)范围内时,补偿效果好,利于成像;摆角为0,即对星下点拍照时,成像效果较好,此时摆角的控制精度应在(-0.12℃,0.17℃)范围内。以上研究可为稳像机构设计提供一定参考。     

TDI-CCD全景航空相机的像移速度场计算模型研究

针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题,提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理,用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型,在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明,像点位置越接近CCD靶面的后边缘,扫描角和前向补偿角越大,像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机,当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时,可满足最大像移补偿残差小于1pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性,该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。     

航空光电侦察平台内藏式扫描系统像旋分析及补偿

为了解决传统光电侦察平台外露球形结构增大飞机雷达散射截面的问题,提出一种采取双反射镜绕俯仰轴和方位轴旋转实现大角度扫描的方法,该扫描方式的外露尺寸小,可与载机进行共形设计以保证飞机隐身性能。基于光反射矢量理论,对扫描系统成像特性进行了研究,对双反射镜绕俯仰轴和方位轴旋转所产生的像旋进行了定量分析,得出了像旋角大小和方向与双反射镜旋转角度和方向的确切关系,并以此作为像旋补偿的理论依据,提出一种通过控制消旋棱镜消除像旋的双向控制方法,实现扫描镜与消旋机构的严格协同运动。通过成像实验进行了验证,消除了所产生的像旋,计算可得消旋精度均方根值小于8′,实现了较高精度光学消像旋。     

快速反射镜在像移补偿中的应用

本文提出了一种基于快速反射镜的像移补偿方法用于解决航空成像中的像移问题。首先通过计算航空相机在曝光时间内的像移速度证明了像移补偿的必要性;针对快速反射镜存在伺服模型不确定性的问题,设计了模型参考自适应控制器;最后通过实验验证了该算法的性能,结果显示:采用本算法后,快速反射镜的阶跃响应稳定时间降低了50%以上,在振动情况下快速反射镜的稳定精度都可以达到10μrad,精度比传统控制方案提升10倍以上。最终的像移补偿成像实验成功验证了基于快速反射镜的像移补偿方案有较高的工程应用价值。     

全景图像几何畸变校正的算法研究及其软件实现

对于360°视场的全景图像,本文提出了分别对其进行切向和径向畸变校正的处理算法,并用插值处理提高处理精度。达到了将全景图像恢复为常规视场平面像的目的。它是进一步图像分析的前期工作。     

大俯仰角度的两轴两框架平台稳定技术

为了解决大俯仰角度方位平台稳定性能降低的问题,利用两轴两框架稳定平台稳定原理,分析在传统方位陀螺安装方式下,大俯仰角度时方位平台稳定性能降低的原因以及正割补偿带来的噪声等问题,提出在方位平台上安装2个正交的方位、横滚陀螺,解算出瞄准线方位惯性角速度,从而实现大俯仰角度下的方位稳定控制方法。仿真实验验证了该方法可以提升大俯仰角度下两轴两框架平台的方位稳定控制性能,减小陀螺噪声对控制性能的影响,在同等条件下,方位稳定误差峰峰值由450 urad减小为250 urad。     

大视场电视经纬仪摄像系统的标定研究

利用电视经纬仪的跟踪测量功能，以平行光管作为目标，实现了对摄像系统重要参量的精密测量.结合高准确度轴角编码器，可以对焦距进行标定.通过方位和俯仰方向的角位移，利用镜头畸变的轴对称性，可以确定光轴的位置.对整个视场进行抽样采点，得到一个畸变的网格场，通过拟合得到畸变系数，可以进行高准确度畸变修正.     

基于修正平行投影法的飞行姿态测量

摄影系统的成像满足透视投影模型,使用平行投影法做飞行姿态交会存在模型误差。依据在目标成像的中轴线通过像面中心的时候,平行投影法和透视投影法有相同的成像特征这一事实,提出了一种无模型误差的修正平行投影法。在判读出目标图像中轴线的斜率K和截距L的情况下,假设摄影系统的高低角再旋转atan(L/K)度,使得旋转后图像的中轴线过像面的中心点。依据透视投影模型,计算出旋转后图像中轴线的斜率,再使用此斜率做平行投影交会。仿真结果表明,该方法可以很好的消除由平行投影模型带来的模型误差,为空间目标姿态交会提供了更精确的计算结果。     

基于旋转照明光的数字全息相干噪声抑制

提出一种数字全息相干噪声抑制方法。首先在照明光方位角给定的前提下,通过在极向平面内连续旋转照明光,实现在多角度照明条件下记录离轴数字全息图。然后对所获得的全息图分别重构,同时利用倾斜相差补偿算法和数字图像自相关配准方法分别补偿再现像的相位倾斜及横向偏移。最后将重构像进行非相干叠加,从而有效抑制再现像的相干噪声。实验结果及相关统计评价数据皆验证了该方法的有效性。     

稳像光学系统设计

重点沦述光学稳像的光学原理,并引用具体的平面反射镜作为光学补偿元件(也就是光稳元件)的稳像方式加以阐述,由此导出倒像系统和正像系统达到相对稳像和绝对隐像时补偿角与扰动角之间的关系式。论述采用会聚光路稳像时由棱镜的微量转动而达到绝对稳像时棱镜转动中心的求法。论述光稳元件兼作转像棱镜时光稳元件的有效孔径与转功中心和棱镜位置的关系。     

线焦斑X射线源成像

为解决普通X射线源光通量和空间相干性的矛盾,本文提出一种焦斑为线状的新型X射线源.理论上,本文所提的射线焦斑为理想的线,沿线方向上提供高通量光子;垂直线方向光源为空间相干光,可为系统提供高分辨率图像.沿着线方向上,图像会损失细节,为补偿该方向上图像的损失,利用旋转叠加的方法,重构出高分辨率图像.在频率域,分析了旋转叠加空间频率传递函数值的分布特性,其结果表明:相对单个图像,频率传递函数在频域的各个方向,传递函数特性有大幅度提高,从而可以传递图像高空间频率成分.基于普通X射线管,实现了该种射线源,并利用实验验证了该方法的有效性.     

机载光电观瞄系统的瞄准线指向线性运动补偿方法

为方便操作员快速捕捉并瞄准目标,提出一种适用于机载光电观瞄系统的线性运动补偿方法。该方法借助地面目标相对载机在初始东北天坐标系下的速度矢量进行分解,得出目标相对光电系统在惯性坐标下的角速度,并根据解算出的角速度值实时进行伺服补偿,驱动光电转塔于手动模式下,当操作员不操控光电转塔时,系统的瞄准线能够自动地指向地面目标区域。该方法已在某型无人机用光电观瞄系统挂飞试验中进行了验证,结果表明:在电视观瞄具的小视场（0.70.5）下,地面目标点、瞄准线指向点相对载机点的张角在方位和俯仰方向均小于该视场的1/6。