光电经纬仪主镜面形变化的有限元分析

为了从整体上了解装配支撑系统后主镜面形变化情况,采用有限元分析方法对某光电经纬仪主镜系统结构进行了分析.在不同倾角下分析镜面及其支撑系统的自重变形,得出镜面及其支撑系统在各个俯仰高度上的变形位移.分析结果表明,在各个倾角状态下,主镜在Z方向上位移较大,最大达1.4 μm,造成镜面反射面平移,对反射面焦距有影响;X方向为旋转轴方向,变形较小,为0.01";Y方向为镜面倾斜方向,变形在0.5"左右,造成镜面弯曲.     

真空低温环境下卫星天线变形摄影测量技术

介绍了一套在真空低温环境下使用的摄影测量系统。该系统主要用于真空低温环境下对卫星天线等由于热变形而导致的面形变形进行测量,其测量方法采用了摄影测量法的基本原理。该设备为国内首套自主研制的真空低温环境用非接触摄影测量系统,主要由CCD摄影组件、标尺、支撑机构、试件加热设备和专用图像处理软件组成。采用该测量系统在模拟空间环境下对Φ660mm口径反射面卫星天线进行了一次变形测量试验,通过试验完成了对被测天线的变形测量,获得了大量的数据,验证了采用该套测量系统在模拟空间环境下进行天线变形测量的可行性。通过分析,该套测量系统的相对测量精度达到了1/20000。     

全景式航空相机图像拖影与扭曲补偿系统研究

在全景式航空相机摆扫成像过程中,由于机载环境振动隔离不彻底,造成扫描反射镜位置波动,引起视轴的抖动,使图像沿摆扫方向产生扭曲及拖影现象。针对上述问题,建立了飞行速度、高度及目标水平倾角与俯仰轴补偿速度之间的几何模型,分析了外界扰动造成图像扭曲的成因以及俯仰轴补偿精度对图像拖影程度的影响;通过模型建立和参数分析,得出了俯仰轴控制系统的动态和稳态性能指标及稳健性要求;利用实验室动态目标发生器、平行光管模拟相机与景物间的相对运动,对控制系统的精度进行试验验证;振动环境下对外景成像,验证控制系统的抗扰性能。试验结果表明:俯仰轴控制系统的稳速误差小于0.005°/s,几乎可以完全抑制图像拖影现象;系统对7Hz以下的干扰信号速度补偿残差小于0.1°/s,可以有效补偿干扰造成的图像扭曲现象。     

透镜自重变形引起波像差的有限元分析

在用大口径、长焦距平行光管模拟激光远场特性时,其光组透镜在重力作用下的变形不能忽略,为了分析对出射光束质量的影响,采用有限元分析软件“ANSYS”建立了平行光管光组中声400mm平凸透镜的有限元模型,给出一种分析透镜轴向变形引起的波像差的方法,在不同工况下,计算了平凸透镜在重力作用下轴向变形的峰谷值和均方根值,对轴向变形量均方根值最小工况画出了透镜表面变形的等值线图,计算了声350mm通光口径内的波像差峰谷值和均方根值,对平行光管光组的波像差做出估计,验证了设计的合理性。     

宽覆盖高分辨率机载相机光学系统设计

针对机载相机广域高效航拍作业需求,采用新型级联光学成像结构,设计了一种宽覆盖高分辨率机载相机光学系统。该系统由对称前置同心物镜和中继转像透镜阵列组成,对称前置同心物镜获取剩余像差均匀的宽视场曲面像,中继转像透镜阵列对该曲面像进行视场细分、剩余像差校正及中继成像。所设计的机载相机光学系统焦距为60 mm、F数为3.4、视场角可达132°。基于一阶理论和像差特性,在不同飞行高度对地观测时,研究了机载相机光学系统的成像质量与宽视场曲面像的关系,获得系统在不同飞行高度实现清晰成像的方法。通过像质评价,结果表明,优化设计的系统在低空、中空及高空进行对地观测时,像面光线追迹点列图方均根半径均优于1.6μm,在奈奎斯特频率为230 lp/mm处,调制传递函数均达0.4,系统成像性能优异且像质均匀。新型级联光学成像系统适用于不同飞行高度的机载相机。     

某光电吊舱内方位电机组件低温摩擦特性分析研究

为提升产品可靠性和环境适应性，需对某光电吊舱内方位电机组件在-50℃的摩擦特性进行改善。分析了可能影响电机组件摩擦特性的因素，并针对各因素提出相应的改善措施，借助仿真与试验相结合的研究方法，对改善措施的效果进行了验证。经研究:-50℃时，电机组件摩擦力矩的增大既有低温单独作用的结果，也有低温和电机组件潜在因素共同作用的结果。电机组件在低温下的微变形不足以引起摩擦力矩的增大，通过增加电机保护罩和在电机与电机座之间增加厚度为1 mm的软磁合金薄片，能使电机的摩擦力矩降低到0.063 N·m。该改善措施适用于光电吊舱电机组件的设计及类似产品的开发研制。     

空间超光谱成像仪前置光学系统的热光学特性(英文)

分析了空间超光谱成像仪前置光学系统的热光学特性。应用有限元方法建立了模拟前置光学系统的热弹性变形模型,并进行了热弹性分析计算;用Zernike多项式拟合分析结果,求得各镜子反射面在热变形后的面型误差和相对于初始理想位置的偏移;利用光学分析设计软件Code V计算得到光学系统的像面与焦面的偏离量,即离焦量,并用多项式拟合得到其随温度变化的规律。计算结果表明,前置光学系统的像面在温度改变时会偏离焦面,离焦量与温度近似地成线性关系,当温度升高时像面最大偏移量为107.4μm,温度降低时像面最大偏移量为106.9μm。该分析结果可作为指导超光谱成像仪改进热控措施,进行调焦补偿的理论参考。     

双激光器实时测量机翼变形的误差分析

基于双激光器测量机翼弹性变形量的理论模型,应用误差分析理论,分析了飞机在飞行过程中双激光器测量方法的误差。以激光器的原始测距误差为出发点,依据误差传递公式,分析了测量机翼变形量的绝对误差和相对误差,并给出了计算仿真结果和相应的图形。研究结果对机载毫米波综合孔径成像系统的图像校正和相位补偿、机载导弹挂飞试验等具有及其重要的应用价值。     

低温风洞电动推杆热防护结构非线性屈曲分析

为避免电动推杆元件在低温风洞中工作时受到低温损伤而无法正常工作,设计了使其能够在低温环境下正常工作的热防护结构。基于ANSYS软件建立了热防护结构有限元模型并进行线性屈曲分析,得到了相应屈曲模态。考虑材料非线性,以线性屈曲模态作为结构初始几何缺陷形式,使用Newton-Raphson算法控制载荷加载对热防护结构进行了非线性屈曲分析。结果表明:一阶线性屈曲临界压力为1.651MPa,以其变形量的0.1倍作为初始几何缺陷得到非线性屈曲临界压力为1.544MPa,考虑安全系数(m=3)后许用外压为0.515MPa,高于低温风洞最大工作压力0.35MPa。热防护结构非线性屈曲临界压力随初始几何缺陷的增加而降低,当初始几何缺陷大于一阶线性屈曲模态变形量的约1.4倍时,许用外压低于0.35MPa,结构有可能发生失稳。不同初始几何缺陷形式对热防护结构的临界压力几乎无影响,但结构最终破坏形式不同。     

宽覆盖型光学遥感相机侧摆像移速度计算

根据宽覆盖相机的特性,分析了其侧摆成像的几何关系。建立了地面物点到相机像面的空间坐标变换关系,在此基础上,推导了基于圆地球模型的相机侧摆像移速度计算公式,并以像移失配传递函数MTFmismatch作为评价方法分析了相对像移匹配残差对像质的影响。以某宽覆盖型相机为例,计算了不同侧摆角和不同地心角条件下的像面像移速度。计算结果表明：像面各点的侧摆像移速度均不相同,且变化趋势也不相同,远地点处像移速度相对变化量最大。在侧摆角为25°且积分级数为48的条件下,像移失配传递函数的最大值为0.681。外场成像试验结果表明,积分级数控制在16级以内时的相机成像质量良好。     

空间目标抖动状态红外图像仿真建模研究北大核心CSCD

空间目标容易受到太空垃圾碰撞及干扰从而产生抖动。针对空间抖动目标红外图像的模型构建问题,对天基空间红外成像系统的主要噪声进行分析并考虑杂散光影响,基于Creator与Vega软件平台相结合,提出抖动状态下空间目标表面缺陷的红外图像的建模方法。依据空间目标基本特征分析其红外辐射特性,在Creator中对空间目标缺陷进行三维建模;根据目标以及背景红外辐射特性对三维模型进行温度场分析,将分析所得结果与Vega红外模块相结合获得红外图像模型;确定抖动图像数学模型并对仿真图像施加抖动影响,然后施加杂散光影响获得最终模拟图像。实验结果表明:该方法生成的抖动状态下空间目标红外图像与实验图像相似程度高,能为空间目标探测与态势感知提供一种有效的模拟系统。     

高分辨率中红外温度自适应夜视成像系统

针对现代最先进的像元尺寸为15 m、像元数640480的中红外焦平面大面阵探测器,设计了一种全球面轻小型高分辨率温度自适应夜视成像系统,系统工作波段为3~5 m,全视场角为8.58,相对孔径为1/2,焦距为80 mm,四片式结构,使用锗、硒化锌和硅三种材料,系统采用全球面结构,避免了以往该种系统中使用衍射面或非球面,大大降低了加工检测难度且成本低。设计结果表明,该高分辨率温度自适应夜视成像系统具有结构简单、体积小、分辨率高、成像质量高等特点,满足设计要求,可用于机载光电探测和跟踪系统。     

变像管皮秒分幅和飞秒扫描相机的实验研究

本文将描述两种变像管皮秒分幅相机和一种飞秒扫描相机的设计特点、动态测试方法和实验结果。第一种变像管皮秒分幅相机采用了交叉点扫描多光栏分幅的方法,其变像管具有长加速电极和短阳极的静电弱聚焦系统与偏转灵敏度高、偏转像质好的偏转群体结构;其超快速控制电路只需一个光电开关斜坡电压脉冲发生器和一个特殊设计的脉冲成形网络即可送出具有合适时间关联的4对正负极性三角波和一对正负极性的单台阶液电压脉冲。实验表明,该相机在提供6幅分幅图像的情况下,每幅图像全曝光时间为80ps,除 3～4幅图像间的时间间隔为680ps外,其余均为160ps,动态空间分辨率达到5.51p/mm。第二种变像管皮秒分幅相机采用快门式分幅方法;其变像管采用行波偏转系统,内增强MCP做成带状线结构,并具有输入输出阻抗变换器,其三台阶波和快门脉冲序列均由光电开关电路和脉冲成形网络产生。该相机在提供三幅分幅图像的情况下,每幅图像全曝光时间为660ps,画幅之间的时间间隔均为4ns,动态空间分辨率为5.5lp/mm。飞秒扫描相机采用MCP内增强飞秒扫描变像管、具有负时间畸变的中继透镜和无触发晃动的光电开关扫描电路。实验证明,该相机在时间分辨率为500fs时,其动态范围为30;当时间分辨率为1.2ps时,其动态范围可达500;无扫描图像弯曲现象,触发晃动为±2ps.     

8～12 μm波段折/衍混合反摄远系统消热差设计

设计了工作于8～12μm波段的折/衍混合消热差红外反摄远系统.该系统全视场为14°,有效焦距为100 mm,后工作距为113 mm,F/#2.0.系统采用锗和硒化锌两种材料,为三片镜结构.引入二元面和高次非球面,使结构简化,重量减轻,提高了成像质量.系统在－40℃～100 ℃的温度范围内性能稳定,适用于像元尺寸40μm,像元数640×480的现代非致冷式面阵探测器.大视场、长后工作距以及超宽工作温度范围,决定了系统可满足军用和民用领域的多种需求.     

机载双视场中波红外光学系统优化设计

为了满足机载红外搜索与跟踪系统的实嘎使用要求,根据变焦系统的基本理论及中波红外系统的特点,设计了320pixel×256pixel的中波制冷型焦平面阵列探测器的双视场中波红外光学系统。系统采用了二次成像结构,并在系统的第一像面位置安装光阑,以此减小杂散光对系统的影响。设计结果表明：系统具有100％冷光栏效率,在仅移动一片透镜的情况下可实现在800和400mln的两档变焦,系统F数为4且恒定不变,像面保持稳定,系统场曲〈0．04mm,畸变〈2．5％,在探测器的Nyquist频率16lp／mm处光学传递函数的峰值〉0．5,表明光学系统的像质满足使用要求。     

利用QuickBird数据进行热红外遥感成像模拟的研究

针对基于机载热像仪图像或随机产生仿真场景的早期热红外成像模拟系统,提出了对高分辨率QuickBird图像进行星载热红外成像模拟的方法。基于高分辨率QuickBird图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,从而可获得地面辐亮度图像;利用大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,结合卫星遥感器辐射定标系数,最终可得到卫星遥感器输出图像。仿真结果表明,利用QuickBird进行热红外遥感成像模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等具有一定的参考价值。     

硫系玻璃在现代红外热成像系统中的应用

介绍了硫系红外玻璃的组成成分,分析了其独特的优势,建立了红外热成像系统中各个参数和温度之间关系的数学模型。基于硫系玻璃折射率温度系数小、成本低的优点,将硫系玻璃应用于红外热成像探测系统,并给出了一种折射式的中波红外热成像消热差探测系统实例,评价结果表明,该系统在低温-40 ℃、常温20 ℃、高温60 ℃都取得了良好的成像质量,适用于像元数为320 pixel×256 pixel,像元尺寸为30 μm×30 μm的中波红外凝视型焦平面阵列探测器。     

大变倍比中波红外变焦系统的小型化设计

基于中波红外320240制冷型探测器,采用机械正组补偿方式,引入衍射光学元件（DOE）,并采用折叠光路,实现大变倍比中波红外变焦光学系统的小型化设计。利用变焦原理和Zemax光学设计软件给出系统结构参数,并对设计结果进行像质评价,对凸轮曲线求解等。设计与分析结果表明:系统使用6片透镜在3.7 m~4.8 m波段实现了18 mm~360 mm连续变焦,满足100 %冷光阑匹配,在空间频率16 lp/mm处MTF值均大于0.5。该系统具有大变倍比、变焦轨迹平滑等特点,可应用于机载光电侦察设备中。     

加固机载TFT-LCD的温控技术研究

论述加固机载TFT-LCD设计中温度控制技术所涉及的问题，实现了机载TFT-LCD显示器在-43℃至71℃的范围内正常工作。在研究TFT-LCD特点的基础上,提出了利用ITO膜加热液晶模块以及采用加热丝加热背光源CCFL灯管的加热方式，设计了加热电路的方法，从而确保了机载TFT-LCD在低温环境下的启动和正常工作。基于热设计的基本方法，分析并提出了加固机载TFT-LCD高温工作时的散热解决方案。作为一个自动温控系统，扩展了机载TFT-LCD的工作温度范围。在实际设计中获得了满意的效果。     

具有红外反射膜的节能卤素灯

研究了节能卤素灯的技术和设计问题.给出了红外反射膜的厚度对近红外波段的反射率分布以及该涂层对2 850 K照明光源在可见光范围内的影响,讨论了灯丝和泡壳的几何形状,以及钨丝对红外反射能量的吸收.实验表明：1）当选用9层膜时,实验数据与计算值偏差很微小.当灯的管径为10 mm,而灯丝外径为1.5 mm时,节能可达12%到13%.2）对圆柱形灯外壳,在不考虑端面影响时,光源的灯丝若处于外壳的中心轴上,则反射的能量会有效地返回灯丝.3）螺旋结构的灯丝比表面光滑的直钨丝有更高的吸收率,灯丝绕成螺旋后在现行的螺距尺寸下吸收率能达到0.6~0.7.