飞行模拟器用投射系统设计

研究了一种瞄准镜用飞行模拟器投射镜头的设计,并给出了模拟器投射镜头的设计实例。模拟器由显示系统、屏幕、投射系统、反射镜组成,模拟图像信号送入模拟器的显示系统,显示系统将视景仿真模拟图像信号投射到屏幕上,屏幕位于投射系统的焦平面上,瞄准镜对由模拟器进入的光线成像实现成像模拟。投射系统由周边系统、中心系统共9路光学镜头组成,投射系统周边系统、中心系统对应于瞄准镜的中心系统与周边系统,中心系统与周边系统的物面位置重合即共物面;中心系统采用摄远物镜镜形式缩短了镜头长度结构更加紧凑。周边系统焦距为f=263．02mm,视场角为2ω=17°,全视场畸边〈0．4％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度330mm;中心系统焦距为f=295．00mm,视场角为2ω=17°,全视场畸变〈0．37％,在屏幕的Nyquist频率处全视场的MTF〉0．9,系统长度283．2mm。投射系统采用全口径出光,同时系统通光口径略大于敏感器的通光口径,降低了系统装配的精度。     

非球面光学系统设计、加工及检验的综合考虑

某研究所要求研制一台夜间红外观测系统 ,观测波段为 3～ 5 μm ,焦距 f =90 0mm ,相对口径为 1∶4,视场角 2ω =0 8°。红外焦平面是已有的 ,其冷屏直径为Φ5mm ,冷屏至焦面的距离为 2 0mm。由于从设计开始 ,要求完成的时限很短 ,因此必须将缩短加工周期的问题作为重要因素来考虑。工作在 3～ 5 μm波段 ,首选的必然是非球面反射系统 ,而非球面的加工与检验的难易直接和其参数有关。因此在评价设计结果时 ,不能仅从像质好坏来看 ,还要看其需要的加工周期长短。接受到任务之后 ,首先找到了可行的方案 ,然后设计了几个具体的系统 ,在比较了两个最可行的设计结果之后 ,选择了其中之一。     

北斗定位系统在轨道参数测量上的应用

利用日趋完善的北斗定位系统设计了一种新型轨道外部几何参数测量系统。该系统由北斗定位系统、配备北斗卫星接收机的轨检仪及数据处理终端等三部分构成。建立基于移动基站的动态短基线观测控制网,对数据进行站间和星间双差处理。基于多频观测量的线性组合,得到超宽巷、宽巷、中巷及窄巷观测量,采用逐级模糊度确定法固定整周模糊度,即沿着从超宽巷到窄巷的顺序依次求解整周模糊度。解算出天线相位中心的准确坐标并作平差处理,利用线性拟合方法拟合所需测量点并计算当前弦长下轨道轨向值。为验证系统实用性,设计基于北斗定位系统的轨道外部几何参数检测实验,轨向值静态测量误差和动态测量误差分别为0.6mm和13mm。     

可见光/长波红外共聚焦窗口望远物镜设计

双波段/多波段融合成像技术受到普遍重视,使得双波段光学系统尤其是可见光/长波红外(VIS/LWIR)成像系统成为研究的重要方向之一。在分析反射式、折反式和折射式双波段成像系统的结构形式以及常用的折射共窗口系统的组成和特点的基础上,针对双波段系统在应用中的欠缺,设计了一款可用于手持式设备的VIS/LWIR共窗口折射望远系统,系统的主要技术指标为:0.6～0.8μm(VIS),8～12μm(LWIR),f′VIS=47 mm,f′IR=58mm,2ω=9.8°,FVIS=2,FIR=1.3。设计结果符合各项指标,像质在两个波段均满足使用要求。整个光学系统尺寸为51mm×93mm×136mm,结构紧凑,实用性强。     

中低轨可见光遥感器光学系统方案的优化

可见光遥感器光学系统可以采用折射系统、折反系统和反射系统来实现。长焦距,宽光谱,体积小是中低轨可见光遥感器光学系统设计的难点,针对f=400mm,F=2.0,2W=3°的可见光遥感器系统的要求,分别设计了折射系统,R-C改进型折反系统和离轴三反系统的遥感器光学系统,这三个系统均能满足遥感系统的技术要求,并分析了每个系统的特点。     

远距离动目标实时测试系统设计

 设计的动目标实时测试系统,主要用于检查武器系统在“零飞”工作方式下的系统联动精度,测试被测系统的跟踪瞄准误差。在对远距离、动目标的监测中,采用双光路设计,长焦距、短焦双筒结构,电切换方式等实现对远、近目标的实时观测, 双光筒安装在同一机体上,通过偏心镜框、偏心圈等保证两者的同轴度要求,夹具具有俯仰、方位的微调机构,方便在校炮时光轴与炮轴线一致性调节,并可实现数据的高精度、高保真测量。对焦距为50 mm和300 mm的镜筒静态测角精度进行了测试。实测结果表明：系统测角精度分别小于0.4 mrad和0.2 mrad,完全满足指标要求。该测试系统采用模块化设计,满足可靠性与通用性要求,可广泛应用于军事和民用等诸多领域。     

近红外微型光谱仪光学系统设计与模拟

基于光谱仪基本工作原理和光学设计理论,以系统微型化、且能满足一定光谱范围和分辨率要求为具体设计目标,提出了基于平面衍射光栅分光的交叉式C-T结构的近红外微型光谱仪光学系统结构方案。采用ZEMAX软件对近红外微型光谱仪的分光系统、成像系统进行了优化设计与模拟分析。最终设计与模拟分析结果表明,该光学系统光谱范围为900～1 700 nm,分辨率<10 nm,谱面展宽为12.74 mm,F数为8.128 388,系统体积为51.26 mm×41.81 mm×22 mm。     

EAST铰链式机械臂真空存储舱 CASK系统研制

总体描述了EAST机械臂真空舱系统设计，介绍了实现进展情况。EAST铰链式机械臂是用于在不破坏EAST内部真空环境下对第一壁内部进行近距离观测、快速维修的一种检修工具。考虑到对EAST铰链式机械臂的存储、支撑以及工作条件，需要设计和制造出一个密封的真空舱系统。该系统可以在真空条件下通过一个直径为250mm的连接端口连接到EAST主体机构上。系统设计主要分为真空存储舱CASK腔体、真空系统以及烘烤系统三个部分。     

一种新型离轴三反式光学系统的设计

在三反射镜光学系统的几何光学理论的基础上,设计了一个焦距f=1000 mm,相对孔径D/f=1/4,视场角2w=3°的离轴非球面三镜反射系统,讨论了优化方法和各参量对系统结构和像差的影响.     

数据中心冷源冷冻水系统蓄冷罐充冷的控制研究

为了减小数据中心冷冻水系统蓄冷罐充冷时造成的末端压差波动，设计了反馈和前馈相结合的复合控制方案，通过机理建模法建立了系统的前馈律模型和整个冷冻水系统的数学模型，在MATLAB/Simulink中对系统进行了仿真，与未加前馈时的控制效果进行对比。实验结果表明该控制方案有效降低了蓄冷罐充冷时带来的末端压力波动，提高了系统响应的快速性。最终通过PLC实现该方案在数据中心工程项目中的应用，系统投入使用后在相同条件下压力波动减小到原来的25%,达到稳态的时间缩短到原来的40%,具有较高的工程应用价值。     

CCD航空相机动态分辨率检测系统设计

设计了一套CCD航空相机动态分辨率检测系统,系统入瞳直径D=200 mm,焦距f′=2 000 mm,视场角2ω=5°,利用光学设计软件Zemax进行仿真,设计结果表明,在奈奎斯特频率为40 lp/mm的情况下,调制传递函数曲线值均高于0.5。采用波差法校正由长焦距所引入的二级光谱,同时,引入分辨率尺的概念,将每一块单独的分辨率板采用拼接的方式制作成300 mm×24 mm的分辨率尺,令分辨率尺在电机的带动下作匀速直线运动来模拟动态目标。该测试系统的设计能够在模拟飞机飞行的状态下,对其动态分辨率进行检测,检测精度1″, 可广泛用于测绘、军事侦察和航空航天等领域。     

液压控制系统的模糊-PID算法研究

在LABVIEW平台上将模糊控制算法和PID控制算法相结合设计出一套应用于液压装置性能检测的测试与控制系统,该系统使用模糊-PID自适 应控制器,通过模糊规则的建立,对PID的参数进行动态的调整,提高系统的动静态特性,克服传统液压装置效率低,可靠性差,结果受人工影响等不足,本系统中液压缸采用摩擦较低的单活塞杆油缸,缸内径D＝40 mm,活塞杆直径d=20 mm,油缸最大行程为100 cm,经过反复测试,控制误差都在+0.5 mm,达到了系统设计的要求;最终结果表明:系统实时响应快、超调小、稳定可靠,可以实现对油缸位移的精确控制。     

细胞发酵罐显微光电检测系统显微镜头光学设计

提出一种在发酵罐外部架设显微系统进行非接触式细胞观测的光电检测方案。现有倒置生物显微镜工作距不足,并且其自身光源发散角大、能量低不足以照亮细胞,而工作距足够的工业显微镜分辨率最小只能达到10μm,所培育的动植物细胞大小为10～20μm,无法获得清晰的细胞图像。为满足系统指标,设计了一种非接触式、折反射结合的长工作距可变焦光电检测系统。系统采用卡塞格林系统和李斯特物镜结合的设计思路,解决了折射式结构像差大的缺点。光学系统放大倍率为3～5倍,工作距为40mm,物方数值孔径0.18～0.3,分辨率可达到1.17～1.96μm,其轴上点在CCD截止频率133lp/mm处均大于0.1,大于人眼极限分辨阈值0.05。     

光电成像系统动态调制传递函数测量装置

在光电成像系统中,动态调制传递函数受到光学系统波像差、探测组件信号分辨率及传递特性以及载体运动引起图像模糊等环节对图像质量的综合影响,成为光电成像系统的重要参数之一。论文基于光电成像系统动静态调制传递函数的测试原理,研制一种动态调制传递函数测量装置,其中光学准直系统焦距为10 000 mm,运动目标速度控制范围达到30 mm/s～5 000 mm/s,满足长焦距光电成像系统的动态调制传递函数测试。利用该装置进行了一系列的实验研究,结果表明,动态调制传递函数测量重复性优于0.01,测量不确定度达到U=0.05（k=2）。     

30 mm~110 mm大孔径红外变焦热像镜头设计

变焦系统可在大范围内快速寻找、搜索目标,同时能在小范围内对目标物体进行更加细致的观察。因此红外变焦光学系统在国防、工业等领域的应用与需求不断增长。对连续变焦镜头的设计理论、设计方法进行介绍,利用Zemax软件设计了一款连续变焦的红外镜头,变焦范围为30 mm~110 mm,工作波段在8 μm ~12 μm,F#为1.0,配合一款320像素×240像素的非制冷探测器使用,探测器像元尺寸为25 μm×25 μm,光学系统的总长小于230 mm,整个系统由7片透镜组成,并且只使用了锗一种材料,所有表面均为球面。实验结果表明:在短焦30 mm时,系统MTF值在20 lp/mm处均大于0.3;长焦110 mm时,系统MTF值在20 lp/mm处大于0.317 4。最后对红外变焦系统进行了容差分析,得出一组较为宽松的公差。     

广角大相对孔径f-θ透镜光学设计

激光扫描系统中f-透镜是必不可少的部件,针对目前国内激光扫描系统工作面小、测量速度慢、测量精度低等缺点,设计出一种大视场大相对孔径f-透镜以改善以往系统的不足,提高工作效率。设计中透镜是一种负畸变透镜,属于像方远心光路,预期参数为2=60,D=120 mm,f=500 mm。经过计算后,利用Zemax软件对f-透镜模型进行了优化设计,得到艾里斑直径3.514 m,扫描范围为500 mm500 mm,相对孔径为6/25的大工作面大相对孔径的f-透镜,成像清晰,优化结果达到了预期的设计指标。     

离轴全反射施密特系统设计EI北大核心CSCD

为满足紫外宽光谱大视场焦平面光学成像系统的设计要求,研究了全反射施密特光学系统.分析了球面反射镜曲率中心波前,推导了透射及反射施密特校正板方程.为避免光线被遮挡,设计了离轴全反射施密特光学系统.在宽光谱（240～950nm）大视场（±5°）离轴全反射施密特系统中,当λ=0.24μm,u′m=5°时,Δf≤0.031 5mm,探测器控制在焦深范围内,光学系统成像质量达到了衍射极限.该施密特光学系统设计方法适用于宽波段高分辨率紫外成像系统.     

离轴全反射施密特系统设计

为满足紫外宽光谱大视场焦平面光学成像系统的设计要求,研究了全反射施密特光学系统.分析了球面反射镜曲率中心波前,推导了透射及反射施密特校正板方程.为避免光线被遮挡,设计了离轴全反射施密特光学系统.在宽光谱(240~950nm)大视场(±5°)离轴全反射施密特系统中,当λ=0.24μm,u′m=5°时,Δf≤0.031 5mm,探测器控制在焦深范围内,光学系统成像质量达到了衍射极限.该施密特光学系统设计方法适用于宽波段高分辨率紫外成像系统.     

三代微光像增强器分辨力自动测量系统

传统的像增强器分辨力测量通常采用目视观察法,但目视法受人的主观因素影响,测量准确度不高。为改善目视观察法带来的弊端,设计了三代微光像增强器分辨力自动测量系统。系统中选用了科学级制冷型CCD与计算机构成观测系统,采集微光像增强器荧光屏上的分辨力靶图像通过计算机进行图像处理和软件分析计算,得出三代微光像增强器分辨力,并与人眼观测结果进行比较。     

红外折/衍混合离轴望远系统设计

本文针对空间光学系统轻型特点,设计了一个二元光学折/衍混合红外反射式望远系统。采用了离轴式格里高利(Gregorian)结构形式,消除了望远系统中的中心遮拦问题。用衍射光学元件校正系统象差,使反射面为球面,二元光学表面尺寸比施密特(Schmidt)校正板(位于入瞳处)缩小于3～4倍,光学设计运用OSLO软件,光学系统的通光孔径φ=120mm,焦距f=-1000mm,波长λ=4.3μm,视场2ω=2°×6°(子午×弧矢),分辨率Res=0.05mm,MTF≥0.4(空间频率fre≤10cl/mm).