基于船姿测量的舰载光电经纬仪视轴稳定方法研究

利用船姿测量仪和光学编码器测出视轴稳定初始时刻的纵横摇角度和经纬仪方位俯仰角度,通过坐标变换技术将稳定点从甲板坐标系转换到大地坐标系中.实时测量由舰船摇摆引起的纵横摇角度变化量和编码器角度变化量,计算出视轴稳定点在大地坐标系中的偏离误差.利用伺服控制系统有效地补偿该误差,由此达到舰载光电经纬仪视轴稳定的目的.实际舰载跟踪试验证明了本文设计的视轴稳定系统准确度高,能够较好地隔离船摇对经纬仪视轴稳定的影响.     

动平台视轴稳定控制的两种智能PID算法研究

分析了动平台下光电探测设备视轴稳定的基本原理,针对用于视轴稳定的伺服控制系统动态和稳态性能指标的高精度要求,设计了两种基于模糊控制的智能PID控制算法——FLCPID复合控制算法和PID参数模糊自整定算法。分别从理论上分析了这两种智能算法的可行性及技术特点,阐述了其设计过程。仿真计算表明,这两种基于模糊控制的智能PID控制算法均能获得优于常规PID的控制效果;FLCPID复合控制算法的调节时间小于0．05s,无超调,PID参数模糊自整定算法调节时间小于0．1s,超调量小于5％,显然前者的动态性能优于后者;后者对300ms时突加的1V扰动信号可完全抑制,有更强的鲁棒性。     

空间激光通信移动平台的自抗扰视轴稳定控制

分析空间激光通信移动平台角运动和框架偏转之间的速度耦合关系,给出克服移动平台角运动的视轴稳定方法,针对视轴稳定系统中存在的非线性、多干扰问题,应用自抗扰控制法对三轴视轴稳定系统进行分散独立控制,采用模糊理论对自抗扰控制器的相关参量进行自整定.仿真和模拟实验表明:在1Hz条件下,相对于参量辨识控制法,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度提高了7.4dB;在模拟扫频实验条件下,将1~2Hz与2~4Hz的扰动实验区间进行比较,模糊自抗扰控制法的抗扰动隔离度下降仅2.2dB.模糊自抗扰控制具有较好的快速响应性、较小的超调和频率适应性,能够满足系统稳态准确度的要求,并能克服平台角运动耦合、不确定性扰动问题.     

动载体光电成像系统视轴稳定精度研究

载体扰动会对光电成像系统的性能产生影响.分析载体扰动的特点及产生的原因,主要分析载体角运动对光电成像系统性能的影响.在此基础上从空间分辨率、人眼观察性能以及跟踪精度3个方面分析光电成像系统对视轴稳定精度的要求,指出对于探测器限制的光电成像系统,应将积分时间内载体的角扰动控制在探测器限制的空间分辨率内,或将像移控制在一个探测单元尺寸内,对于衍射限制的光电成像系统,应将积分时间内载体的角扰动控制在衍射限制的空间分辨率内,得出了视轴稳定精度必须在满足成像系统空间分辨率的基础上,根据实际功能需求进行确定的结论.最后通过实例验证了上述结果.     

线加速度计辅助高精度稳定跟踪

 介绍了在运动基座条件下捕获、跟踪和瞄准系统的复合轴惯性视轴稳定方案及实验室演示验证实验。使用动力调谐速率陀螺测量惯性角速率稳定转台，实现大动态范围的粗稳定，使用线加速度计测量惯性姿态角稳定视轴基准，实现小动态范围的精稳定。使用视轴基准稳定误差与视轴基准平台相对其基座的转角合成粗稳定位置误差的方式，实现粗稳定和精稳定的级联。实验结果表明，复合轴稳定方案可以实现(″)级稳定精度。     

基于反射镜补偿的粗精组合稳定控制系统性能对比与分析

介绍用于光电稳定的粗精组合稳定系统的工作原理。根据快速反射镜的不同结构,对系统模型提出两种假设,在此基础上,对系统的频域特性、稳定性等进行分析,得出结论:组合稳定控制系统的性能主要取决于主、子系统的带宽比及组合控制器K的选择。     

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。     

FSM在高精度瞄准线稳定系统中的应用研究

快速反射镜（fast-steering mirrors,简称FSM）是一种精确控制光束方向的装置。提出用一种基于压电陶瓷驱动的FSM补偿稳瞄系统中粗级平台的残余误差的方法,可以提高系统稳定精度,同时对采用FSM的高精度稳瞄系统进行了仿真。仿真结果表明:粗级平台稳定误差为110 rad,通过FSM补偿后的系统稳定误差不大于8 rad,即采用该方法可将稳定精度提高一个数量级以上。     

带式驱动稳瞄系统的综合力矩方程

严格推导了反射镜稳定系统的综合力矩方程,重点分析了载体角运动耦合造成的旋转惯性力矩,2:1机构附加力矩以及环架哥氏惯性力矩;并提出必要的减小措施,为平台设计输出力矩的估算及伺服控制补偿提供了设计依据和实用方程。     

激光径向偏振光栅反射镜的研究

径向偏振光是近些年引起广泛关注的一种新型偏振光,它在粒子操控、金属切割和提高显微镜分辨率方面具有广阔的应用前景。径向偏振光可以通过在激光器谐振腔内应用径向偏振光栅反射镜来获得。首先在顶层刻蚀光栅反射镜的模型上通过自编程序分析光栅反射镜各参数对光栅性能的影响,然后设计出光栅反射镜复合结构并结合微纳加工工艺进行了可行性分析。     

The system design and assemble for the high resolution telescope system with segmented aperture

A design method along with its results, for a space optical system with high resolution and wide field of view, is described. Such optical systems can be used in the infrared as well as visible configurations. The proposed design is based on an on-axis Ritchey-Chrétien system with corrected lens element while the primary mirror is a segmented aperture. Here the on-axis concept allows wide-field enabling a variety of observations designed for the multi-object spectrometer instruments, optimized for low scattering and low emission of light. The use of segmented mirrors in the optical system allows adopting any method for its fabrication purposes. Segment results are discussed and the image quality of the design based on these results is evaluated in this paper.     

激光陀螺克服高、低温冲击的技术研究

分析了激光陀螺在经历外部环境温度变化时光强和性能发生变化的原因,提出了利用新型腔长角度控制镜(光路程长控制镜)的角度控制元件作为驱动器件,应用类似小抖动稳频的原理对激光陀螺环形光路进行闭环控制,并通过对各光路控制单元采取分时控制的办法解决了光路稳定过程中的调制信号的冲突,使激光陀螺在环境变化时始终保持其光程长和光路相对位置的稳定从而保证其性能的稳定。实验结果表明,对原来在全使用温区(-40℃~ 60℃)光强变化达30%甚至只要有光的,通过光路稳定措施可将光强稳定在±3%以内,对于有些在高低温时不能出光的,也可以达到可使用的光强稳定水平。较好地解决了许多激光陀螺难以克服的耐高、低温冲击问题。     

激光陀螺新型光路程长控制镜的研制

爪盘结构程长控制镜由于其稳定性好等优点,已越来越广泛地应用于激光陀螺的腔长控制,但这种只有程长控制能力的控制镜,对陀螺腔体变形等原因引起的谐振光路变化却是无能为力。通过分析该类腔长控制镜的特点,提出了一种新颖的具有角度控制功能的光路程长控制镜。在原有的控制镜上增加一组角度控制部件,使其不仅有程长控制功能同时还具备了光路控制功能的方法,设计了新的槽片及角度控制元件,研制出了高性能的光路程长控制镜。系统地对控制镜的性能进行了测试。结果表明,它不仅稳定性好(陀螺使用温度范围内最大歪扭变化量小于0.3″),而且灵敏度高(大于0.1″/V)。     

一种便携式干涉仪动镜系统的设计

动镜扫描系统是傅里叶变换红外光谱仪中唯一不断运动的部件,其扫描的精度与行程直接影响仪器的信噪比、重复性与分辨率等指标。在利用立体角镜的光学特性和柔性簧片枢轴的机械特性的基础之上,设计了一种结构紧凑,体积小巧的干涉仪动镜扫描系统,设计了基于模糊控制算法的控制器,对动镜的扫描速度进行精密的控制。实验表明,动镜机构的扫描稳定性优于99.8%,所测得的红外光谱具有较高的信噪比能够满足高精度定量分析的要求。     

Study on the design and Zernike aberrations of a segmented mirror telescope

The segmented mirror telescope is widely used. The aberrations of segmented mirror systems are different from single mirror systems. This paper uses the Fourier optics theory to analyse the Zernike aberrations of segmented mirror systems. It concludes that the Zernike aberrations of segmented mirror systems obey the linearity theorem. The design of a segmented space telescope and segmented schemes are discussed, and its optical model is constructed. The computer simulation experiment is performed with this optical model to verify the suppositions. The experimental results confirm the correctness of the model.     

通光口径2.16m天文望远镜凹双曲面主镜的磨制工艺

2 16m光学望远镜是目前我国研制的口径最大的反射式天文望远镜 ,主镜通光口径为 2 16m ,边厚为330mm ,重量约 2 2 0 0kg ,顶点曲率半径R0 =12 960mm ,偏心率平方e2 =1 0 95 134 7[1] ,相对口径为 1/3,最大非球面度δ0max≈ 2 1μm。由于所用玻璃毛坯为原苏联制造 ,质量极差 ,通体充满气泡、结石、折叠 ,是块等外品。更致命的是磨出的表面各处硬度不均匀 ,出现大面积、形状不规则的高、低区 ,不得不用手持小抛光盘进行手修 ,像雕刻一样去掉那些不规则形状的硬的局部高 ,保留不规则的软的局部低 (所谓修光程 ) ,并把它拼凑成一个较为接近的理想双曲面。可以想像得出 ,这样做会遇到多麽大的困难。在大家的努力下 ,终于用手把它磨修到尽可能完善。最后望远镜在由该主镜、凸双曲面副镜及熔石英像场改正镜组成的R C卡塞格林 (Ritchey ChretienCassegrain)光学系统的焦面上拍摄了星团底片。经鉴定委员会测试组专家测量后认为 ,在全视场 ( 30 0mm× 30 0mm )内 ,不管是边、角还是中心像均很圆 ,暗星像直径达0 18mm。说明主镜的加工工艺是成功的 ,同时也说明凸双曲面副镜的加工、检验[2 ] ,熔石英像场改正镜的设计[1] 、选料、加工[3] 及光学系统的调整[4] 也是成功的。     

变形镜受热变形引起的波前畸变仿真及补偿

针对变形镜自身受强激光辐照后热变形问题,利用ANSYS的多物理模型建立了变形镜的热机械模型并进行了计算。针对受强激光辐照后变形镜吸收了部分热量并产生了0.9μm的变形量,根据该变形镜热畸变分布特征,提出了一种利用补偿镜对热畸变进行补偿的方法,即在一个薄型镜面背后用一些约束头固定构成补偿镜,放置在变形镜的后续光路中。约束头在补偿镜上的位置与极头在变形镜上的位置对应错开分布。对三种不同形状约束头的补偿镜进行了计算,补偿后综合变形量降低到0.35,0.32和0.40μm。利用光束传输因子(BPF)对理想光束通过补偿镜后的效果进行评价,结果表明通过三种补偿镜后BPF值从0.906提高到了0.966,0.971和0.957。进一步的计算表明,补偿效果受约束头尺寸的影响较小。     

Exposure of First Mirror and Protection Simulation in HL-2A Tokamak

First mirrors are the facing components of plasma optical diagnostics system for superconductivity and other fusion devices. Due to high level of neutron and gamma radiation, the lifetime and optical state of first mirror will face an enormous challenge. The degradation of the optical character on the mirror surface mainly comes from the two opposite processes, one is erosion, the other is re-deposition. Which proces plays more important role need testing in present machines. Before 2001 the experimental studies mainly put on material character simulation in a laboratory. Recently, the sample of the first mirror has been investigated in actual fusion device and modification of mirror optical properties was made. But how to protect mirror and make the lifetime longer will be an issue need solving urgently.     

平面反射镜表面散射光干涉

激光束照射到表面被粘污的反射镜上会产生干涉环,入射光束和反射光束在被粘污表面产生散射光干涉.随着入射角的变化,光束在反射镜玻璃片内光程改变,引起干涉环从中心冒出或缩进,干涉环级数的变化与入射角的平方成正比.     

地基大口径望远镜系统结构技术综述

概述了地基大口径望远镜的发展状况,阐述了口径变大的意义及实现的关键技术途径。概括了当前大口径望远镜的应用价值。介绍了国外5种典型的大口径望远镜系统,它们代表了当前地基大口径望远镜发展的最高技术水平。从跟踪架、主望远镜筒、主镜支撑及次镜支撑调整几个方面论述了大口径望远镜的结构特点及关键技术。最后,总结了大口径望远镜系统的发展趋势,指出其光学系统已从同轴系统向离轴系统发展并极具应用前景。