扫描镜稳定度对TDI CCD测量精度的影响

利用TDI CCD成像数值仿真模型,研究了TDI CCD测量系统的测角精度随扫描镜速度稳定度的变化规律。首先根据TDI CCD推扫成像的物理过程,建立了数值仿真模型,设计了从光学像和扫描镜稳定度到数字图像的仿真链路;然后利用图像重心计算方法求取图像中心坐标并得到目标点的角位置坐标;通过蒙特卡诺法进行海量打靶试验,对结果进行统计得到扫描镜各稳定度水平上的测量精度值;最后将某工程样机的扫描镜速度稳定度带入仿真模型,仿真结果表明：测试误差增大5.67 μrad,达到了像元角分辨率的1/4。在光学测量系统的系统设计时,需要考虑像元分辨率及扫描镜稳定度的综合影响,选用合适的扫描镜稳定度要求,使测量角分辨率满足用户需求。     

复合式光电编码器精密轴系设计及准确度分析

 为了提高复合式光电编码器的轴系准确度,运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系,并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ＜3 μm,解决了大空心轴轴系准确度差的问题,提高复合式编码器的测角准确度,应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ＜2″.     

高速转镜干涉成像光谱仪

介绍一种高速转镜干涉光谱仪原理，提出一种基于该原理的干涉成像光谱仪，该成像光谱仪有较大视场角，提高了扫描效率，特点是用带有倾角平面反射镜转动代替传统Michelson干涉成像光谱仪动镜的直线运动，解决了Michelson干涉成像光谱仪扫描效率低和不稳定的难题.     

复合式光电编码器精密轴系设计及准确度分析

为了提高复合式光电编码器的轴系准确度,运用一个径向密珠轴承与两个轴向止推密排轴承相结合的结构设计了大空心轴精密轴系,并对轴系误差进行分析.通过该方法设计的精密轴系径向跳动δ3μm,解决了大空心轴轴系准确度差的问题,提高复合式编码器的测角准确度,应用该轴系研制的复合式光电编码器准确度σ2″.     

光电转台复合精密角度测量理论

针对传统编码器测角系统分辨率低、量化噪音大和测速误差高等缺点,提出一种基于光纤陀螺和编码器的融合测角算法.首先,在一个滑动窗口利用编码器角度值和光纤陀螺速率积分值的差值信号,通过最小二乘法实时地估计出光纤陀螺的速率漂移;其次,使用补偿后的角速度信号和编码器角度信号,通过一定融合算法进行角度估计;最后,对所提算法进行数学仿真和实验验证.仿真和实验结果显示:测角准确度的仿真值和实验值分别由1.2″和1.1″提高到0.17″和0.76″,角速度测量准确度的实验值从0.002°·s-1提高到0.001°·s-1,在避免光纤陀螺角速度漂移问题的同时有效提高了系统的角度和角速度测量准确度.     

高精度绝对式光电轴角编码器

本文介绍高精度绝对式19-bit、21-bit光电轴角编码器的工作原理、具体结构、精度和可靠性等.采用移相电阻链细分和分段多次校正的方法对提高绝对式编码器的分辨率、精度和可靠性是有效的手段之一.检测结果:19-bit编码器的分辨率准确度σ=±0.6″ ,测角准确变σ=±1.2″;21-bit编码器的分辨率准确度σ=±0.2″,测角准确度,σ=±0.62″.其中,19-bit绝对式编码器早已用于光测设备中.     

机载角反射器阵列设计

 低轨目标目前流行的类半球状布阵方式的远程角偏小,测距盲区较大。对角锥棱镜进行研究分析,依据角反射器光束入射角度允许变化范围,合理分布角反射器,设计了一机载激光反射器装置,外形尺寸为119 mm×88.8 mm,共有15个角锥棱镜,底面切割成正六边形,底面边长为15.5 mm,底面对边距为26.87 mm,有效通光口径为25 mm,高为19 mm。考虑到角反射器的速差效应及其补偿要求,角锥棱镜最大角误差为5″,面形最大误差为5″。通过合理设计,比较单层角反射器,增加了入射光允许的角度范围,大大减小了低轨目标的测试盲区。     

编码器动态检测系统高实时性高精度角度基准设计

在编码器动态特性检测中,角度基准的快速反应和精度直接影响着动态特性检测装置的准确性。为实现角度基准的快速响应,提高基准编码器的测角精度,本文设计了高精度快速细分角度基准编码器。首先,通过对目前角度基准不足对编码器动态特性检测影响的分析,得出动态检测精度主要受基准编码器的数据处理延时影响。其次,通过对基准编码器结构、细分电路、处理电路等的设计,完成了23位高实时性角度基准编码器的制作。最后,为提高检测精度,利用RBF神经网络对角度基准进行误差补偿。所设计的角度基准编码器分辨率达到0.15",并且可以在10 r/s速度时,保证逐分辨率输出。经过测量,补偿前基准编码器的精度为1.30",补偿后的基准编码器误差峰峰值不超过2.5",精度优于0.6"。高精度、高实时性角度基准编码器的研制,提高了编码器动态特性检测系统的检测精度,为研究编码器动态特性提供了基础。     

飞秒激光倒锥微孔加工的反射式扫描装置设计

基于道威棱镜扫描原理,设计了由高速旋转电机驱动三片K字形排布反射镜组成的反射式扫描装置,并分析了扫描钻孔准确度.结果表明:该扫描装置可用于飞秒激光高准确度环切钻孔系统,钻孔准确度不受光束质量影响,钻孔扫描速度二倍于电机转速且钻孔效率高、兼容多光谱波段;与道威棱镜系统相比,该系统装调准确度要求低,能避免透射系统中色散引起的飞秒激光脉宽展宽现象.测试结果显示该装置可以实现直径0.05~0.2mm、加工准确度小于±2μm倒锥孔的高效率加工.     

平行转镜式光谱仪原理与误差容限分析

采用光路展开法,利用调制度与相位误差两种判据,分析平行转镜在转动过程中的晃动、平行转镜的平行度、定镜的倾斜误差以及视场角等因素对平行转镜式光谱仪误差容限的影响.分析表明:平行转镜的晃动是平行转镜式光谱仪最重要的影响因素,但由于平行转镜的连续快速转动,惯性的作用会显著降低转动过程中的晃动影响;系统对平行转镜的平行度不敏感,对定镜的倾斜与视场角的误差容限与传统迈克尔逊式光谱仪相同.相对于传统直线往复运动式的光谱仪,平行转镜式光谱仪具有更高的探测速度与稳定性.同时,误差容限分析也为该光谱仪的系统设计与装调提供了理论指导.     

A high-precision 1D dynamic angular measuring system based on linear CCD for Fengyun-2 meteorological satellite

The Fengyun-2 (FY-2) meteorological satellite uses a one-dimensional dynamic angular measuring system to evaluate the stepping accuracy of the scanning mirror. The basic principle of this angular measurement is detecting the light-spot position displacement using a linear charge-coupled device (CCD). This paper presents the design of this non-contact and non-destructive measuring system. To achieve high repeatability and accuracy the centroid method is employed to estimate the light-spot energy gravity, with 20-segment polygonal approximations as a nonlinear compensation. Experimental results show that the measurement system can achieve dynamic angular measurement with up to ±5″ accuracy and 3.5″ repeatability, which makes a credible evaluation for the scanning mirror of FY-2 meteorological satellite.     

高速扫描相机时间测量不确定度分析

以国内普遍使用的SJZ-30型高速扫描相机为例,用精测转速方法的结果处理数据,转速测量相对合成不确定度小于0.1%,时间间隔测量的相对扩展不确定度为0.2%.扫描速度在像面上的位置误差,采用"中值扫描速度",可予以校正.同时讨论了进一步降低转速测量不确定度和位置误差的方法.     

基于微扫描镜的激光投影

利用微机械加工技术制造出一种新型微扫描镜,结合半导体激光器,可用于投影显示.激光器发出的光束被两个分别沿着X轴、Y轴扭转的镜面相继反射,扫描出二维图形.实验测得扫描镜在15 V电压,频率为扫描镜谐振频率2倍的方波信号驱动下,镜子的光学扫描角度达±12°.由于每个镜子都沿各自轴以简谐规律扭转,扫描所得投影为李萨如图形.通过分析图形的形成原理并用Matlab仿真,选出了适用用于任意图案显示的扫描镜谐振频率组合(X轴2 400 Hz, Y轴2 425 Hz).该组合可以形成194×192个像素点,刷新频率为25 Hz.在此基础上提出了一种通过调制激光开关来进行投影显示的方法.     

小型星模拟器系统的设计研究

基于超小型P13XM015型TFT-LCD技术的小型星模拟器的工作原理,及其在工程应用中整个系统的设计、制造、加工、调试和检测技术,提出对星间间距采用软件修正以及先分别测量再组合修正的方法,对星等采用使用相适应的仪器星等的方法。采用模块化方法设计了小型星模拟器系统的光学系统准直物镜、模拟星库的编制、坐标转换、位置解算、系统控制软件等。在实验室实现了整个系统的组装,搭建了控制和测试平台,并给出了实验结果。实验结果表明:本系统的星库精度及星位置解算误差12,角分辨率误差23.43。     

Research on detection system of optical sights triaxial parallelism

A method for testing triaxial parallelism of optical sights, the triaxial which involve optical sights targeting axis of white & infrared and laser launching axis, is put forward in this paper on the basis of analyzing conventional measuring technique. At first, measuring optical path is improved, and some equipments such as aspherical mirror, high precision CCD camera are employed to eliminate the subjective error; with the analysis of the optical path, the mathematical model of triaxial parallelism is built, and the error factors are analyzed and calculated. Finally the system is calibrated by autocollimation theodolite whose accuracy is 0.5″ and the experimental results show that measurement error is <3″. In a word, the method has great significant engineering value.     

Doppler optical coherence tomography with a micro-electro-mechanical membrane mirror for high-speed dynamic focus tracking

An elliptical microelectromechanical system (MEMS) membrane mirror is electrostatically actuated to dynamically adjust the optical beam focus and track the axial scanning of the coherence gate in a Doppler optical coherence tomography (DOCT) system at 8 kHz. The MEMS mirror is designed to maintain a constant numerical aperture of approximately 0.13 and a spot size of approximately 6.7 microm over an imaging depth of 1mm in water, which improves imaging performance in resolving microspheres in gel samples and Doppler shift estimation precision in a flow phantom. The mirror's small size (1.4 mm x 1 mm) will allow integration with endoscopic MEMS-DOCT for in vivo applications.     

大口径非球面主反射镜的装调方法研究

针对大口径非球面主反射镜（简称主镜）的装调要求,对比分析常用大口径非球面面形检测方法,提出该类主镜检测面形的最佳方案。在主镜的装调过程中,通过对主镜的固定方式和主镜变形补偿这2个关键环节的阐述,总结主镜固定的难点及主镜变形的原因,提出一套全新的装调方案,以旋转消重力法进行检测,并用专用工装实时定心调节,再用辅料焊接法固定主镜与中心轴,最后采用辅助支撑对主镜组件进行最终固定修正。装调结果表明:对于大口径非球面反射镜,装调完成后的主镜面形精度Rms0.03（＝632.8 nm）。     

A novel method of fast dynamic optical image stabilization precision measurement based on CCD

Dynamic image stabilization precision is a key technical indicator in optical image-stable device, however, the fast dynamic test is difficult to implement. A novel fast dynamic image stabilization precision testing system for optical image-stable instrument is developed. The large-aperture collimator with the designed cross divisional board is used to simulate the infinity goal. A motion simulator with six-degree of freedom is adopted to simulate the moving state of the installed image-stable instrument. Combined with the optical lens designed in accordance with the analysis of the whole optical system in detail, the high speed camera installed behind the eyepiece lens of the measured device acquires images rapidly and real-timely. The local energy maxima center of the cross light spot can be obtained accurately through the proposed fast image stabilization precision test algorithm on the basis of Hessian matrix. The actual test results show that the test error of dynamic image stabilization in the proposed method of this paper is less than 0.7″, and the time of the frame image acquisition and processing is not more than 10 ms, which demonstrates the effectiveness of the test equipment and algorithm.     

FTIR光谱仪中基于定镜调整的动镜运动控制研究

动镜是FTIR光谱仪中唯一不断运动的部件,动镜的匀速运动性能以及动镜与定镜的准直性好坏影响干涉效果和光谱图质量,直接制约着仪器的精度和分辨率,对仪器整体指标起着重要作用。文章围绕FTIR光谱仪中干涉仪动镜运动的匀速性以及其与定镜的准直性展开研究,使用相位检测技术对定镜的姿态作出动态调整以补偿动镜与定镜间的倾斜夹角,并且设计了具有磁悬浮特点的动镜支撑系统。文章采用改进的模糊PID控制算法实现动镜运动速度的精确调节,对该控制方案从硬件设计和算法上实现。结果表明所研发的动镜运动控制系统具有足够的精度和实时性,能够保证FTIR光谱仪中干涉仪所需的准直性及动镜匀速性的要求。     

变形镜波前补偿能力的空间频域分析

 利用滤波器原理从空间频域分析了连续镜面分立驱动变形镜对波前的补偿能力。将变形镜等效为一高通滤波器，通过数值计算分析了滤波器函数与驱动器密度、高斯指数、交连值等变形镜主要参数的关系，解释了参数变化对波前拟合能力的影响。结果表明：驱动器密度是波前补偿能力的决定因素，增大高斯指数和交连值一定程度上有利于低空间频率波前的补偿。应用中应该根据待补偿波前的特征正确地选择和调整变形镜参数。