光电系统对空间目标探测能力综合评估方法

对空间目标实际探测过程中,光电系统的探测能力不仅与其可探测信噪比有关,还与其所成图像的质量有关,即空间分辨能力有关。针对现有光电系统探测能力分析不足,提出了一种基于调制传递函数下的信噪比探测模型(MSNR),给出了基于MSNR下的系统极限探测能力综合评估方法,实现可定量分析大气、像差、目标运动等对系统探测能力的影响;利用实测数据完成对MSNR模型的完善,对不同条件下光电系统的极限探测能力进行了仿真,仿真结果表明:大气条件、系统像差、目标运动等条件对系统的探测能力影响明显,目标运动导致探测能力降低近1.0等星;该方法实现定量对光电系统的探测能力进行综合评估,可为系统优化设计与实际工作开展提供一定的科学依据。     

低仰角蒙气差精密修正的新方法

由于蒙气差随着大气密度、温度和压力等条件的变化而变化,为降低蒙气差对光电测量设备测量精度的影响，提出了精密恒星回扫的新方法。在标准大气条件下，通过理论计算得到的蒙气差与实际测量值存在偏差，采用精密恒星星库，引导测量设备对观测目标附近的恒星进行事后回扫测量，对回扫测量数据进行拟合可以得到蒙气差的修正量。分析了恒星回扫方法中影响修正精度的轴系、编码器等因素，通过外场实验，在大气湍流变化均匀的情况下，采用该方法对20°仰角以下星体进行观测，测量精度可以达到1″。     

基于AOTF成像光谱精密测量技术的研究

声光可调滤波器(AOTF)作为光谱成像的一种新型分光元件,在运用其进行成像光谱时,一般选择入射光垂直于AOTF入射面时所对应的衍射中心波长为CCD的光谱测量波长。但在实际测量中,空间目标不同位置的光线总是以不同的角度进入到AOTF,这样就导致了CCD实际测量的光谱和以光垂直入射时所对应的光谱为测量光谱相比出现误差,影响了光谱的测量精度。采用的成像光谱系统的特点是目标光线经前置光学系统、AOTF和成像透镜后,聚焦成像于透镜的焦平面上,实现了目标光在整个系统的一次成像。此一次成像与传统的二次成像相比,能够有效的提高光能利用率和成像质量。由于AOTF的视场角为±3°,所以通过对AOTF视场角范围内衍射中心波长随入射角度变化的实际规律进行了分析研究,并对衍射波长随入射角度变化的实际测量值进行了拟合修正,得到了修正方程。实验结果表明用修正后的方程进行光谱测量,其相对误差值可以减小一个数量级。此方法可为今后提高AOTF成像光谱测量精度奠定基础。     

双通道自校准光谱辐射源光电探测效率的定标

基于相关光子的新定标技术,设计了一种自校准光谱辐射源原理样机,该原理样机兼有自校准和目标观测功能,其中观测通道光电探测效率的精确测量是目标观测精度的有效保证。搭建了两通道自校准光谱辐射源原理样机,通过相关光子定标原理实验测量了观测通道的光电探测效率,其测量不确定度优于0.35%。自校准光谱辐射源能够对观测通道的光电探测效率进行实时自校准,观测通道中的任一光学元件透射率的变化不会影响目标的辐亮度测量精度。在待定标通道探测器之前插入一片衰减片来模拟观测通道光电探测效率的改变,以及自校准光谱辐射源对观测通道衰变的敏感度。通过测量插入衰减片前后的光子计数或者符合计数,计算得到衰减片的实际透射率为20.12%,与插入衰减片前后观测通道光电探测效率20.11%的变化率一致,两者相对偏差优于0.049%。实验结果表明,自校准机制下光谱辐射源能够精确监测观测通道光电探测效率的衰变情况。验证了自校准光谱辐射源设计的合理性与可行性,为后续的多通道自校准光谱辐射源原理样机的研制及辐射定标提供技术基础。     

激光诱导热光栅光谱测温技术研究

报道了激光诱导热光栅光谱测温技术的研究. 通过两束相干交叉的脉冲抽运光, 在NO₂/N₂混合气中诱导出热光栅, 一束满足布拉格散射条件的连续探测光在交叉区域激励出相干的热光栅信号, 经过空间和光谱滤波的信号光由光电倍增管探测, 并由数字示波器显示和存储. 该信号携带了丰富的流场信息, 通过频域分析, 对气体的温度进行了测量, 热光栅光谱技术测量的温度与热电偶温度符合得很好. 同时还利用热光栅光谱技术进行了气体声速的直接测量, 在一定的温度范围内, 测量结果与理论曲线基本一致, 显示了该技术具有较高的测量精度与多参数同时测量的能力. 对影响信号波形的因素进行了分析, 结果表明, 热光栅光谱测温技术在高压强环境下应用具有独特的优势, 是一种应用前景广阔的激光燃烧诊断技术.     

基于改进型傅氏变换轮廓术检测螺纹钢肋径

采用改进型傅氏变换轮廓(I FTP)术,提出了一种实用化的非接触式三维测量系统。通过计算机建模仿真,证明了该技术用于三维测量的可行性。采用了一种局部滤波的方法,通过滤波修正测量结果,使得测量精度明显提高。利用该系统对螺纹钢肋径进行实际测量,获得了良好的实验结果,经与实际值对比,并进行误差分析,验证了该系统具有实用价值和开发前景。     

光电经纬仪测角精度分析

测角精度是影响光电经纬仪定位功能的重要因素。为了进一步提高光电经纬仪的测角精度,对测角误差进行详细分析是必要的。从光电经纬仪的总体设计出发,找出了影响测量数据获取、转换、合成中的各项误差源,并详细分析了它们的大小和性质。通过分析光电经纬仪工作原理及结构找出了主要误差源。对机架系统的误差、测角单元误差、电气系统误差、脱靶量误差、大气折射修正误差等主要误差源进行分析计算,并对各单元进行了误差分配。最后,计算了光电经纬仪投影测角精度的均方根值。分析计算结果显示:通过精心设计、加工、检测,修正可使一部分误差减小甚至忽略,但机架系统的误差、测角单元误差、脱靶量误差对测角精度的影响仍很显著;在当前工艺水平下,光电经纬仪事后空间指向精度可以达到2。     

高精度光电弹道测量系统

 利用光电跟踪系统实时测量导弹类飞行目标已成为靶场测试手段的发展趋势之一,光电跟踪系统需要具备高精度跟踪高速飞行目标、实时输出目标飞行轨迹数据以及目标飞行姿态等实时图像信息。提出一种新型车载光电弹道测量系统,应用高强度轴承改善角位置输出的稳定性;利用再生反馈控制技术抑制跟踪快速目标时产生的滞后误差,提高光电弹道系统的测量精度;将测量数据归一化为垂线测量坐标系中的测量值,以20 ms的刷新率对外输出;提出模拟航路检测方式,可在野外条件下完成对光电设备性能检测,实际稳态跟踪精度可达到0.21 mrad。     

非对称空间外差光谱仪风场模拟探测实验研究

针对已搭建的非对称空间外差光谱仪开展地基风场模拟探测研究,验证该仪器进行中高层大气风场的探测精度水平.介绍了非对称空间外差光谱技术进行风场探测的基本原理以及研制的光谱仪基本性能参数,设计了风速模拟装置开展风场模拟探测实验,并对风速模拟过程中电机转速、安装机械角度、转盘半径测量值、光线入射角度等不确定因素进行了分析和计算,该装置模拟的理论风速误差不高于1.3%,能够满足风场模拟探测验证要求.利用该风速模拟装置并通过调节不同电机转速实验,获得了模拟风速在34.19~78.63m/s内的24组测量数据,模拟覆盖了中高层大气风速范围,对测量数据进行误差修正及风速反演处理,非对称空间外差光谱仪实测风速结果与理论模拟风速对比后得出了风速误差标准差3.28m/s的风速探测精度,有效验证了非对称空间外差光谱技术开展风场探测具有相位灵敏,精度高等特点.     

靶场光电测量设备发展现状及展望

靶场光电测量设备利用光学成像采集飞行目标信息,经误差修正、时空配准、交汇计算等处理可以得到所需的目标参数,是航天器发射回收测控系统中的重要组成部分,也被广泛应用于军事目标的探测中。为了应对复杂测量条件和多样化被测目标带来的挑战,在确保靶场光电测量设备高精度轨迹测量、高分辨成像能力的同时,对其提出了获取信息多元化、测量波段多样化、多平台机动布站等更多任务需求。我国靶场光电测量设备长足发展,整体性能得到了大幅提升。以中国科学院长春光学精密机械与物理研究所精密仪器与装备研发中心团队近年来在靶场光电测量设备的研制工作为基础,对红外辐射特性测量、结构轻量化设计、光雷一体化测量等多项关键技术的发展历程和现状进行了详细介绍,总结了靶场光电测量设备在多信息获取、探测波段扩展、测量精度提高、设备机动性提升和多平台匹配融合等方面的研究进展,讨论了靶场光电测量设备当前仍然存在的技术难点,并展望了相关技术未来的发展方向。     

靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量技术

为了精密检测靶丸壳层厚度及其分布数据,开展了靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量技术研究。介绍了靶丸壳层的白光反射光谱及其光谱数据处理方法（极值法、峰值拟合法、干涉级次校正法等）的基本原理,搭建了基于白光反射光谱的精密回转轴系测量装置;开展了GDP靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量、数据处理和可靠性验证实验,获得了靶丸壳层厚度圆周分布曲线。结果表明,基于峰值拟合法和干涉级次校正的白光反射光谱技术可实现靶丸壳层厚度及其分布的准确测量,其测量误差小于0.1 μm。     

仪器分辨率对氧气A带被动测距的影响分析

透过率的计算是红外目标被动测距技术的核心,其精度直接影响到被测距离的精度,而仪器分辨率又直接影响到光谱信号的精度。为了研究光谱仪器分辨率对带平均透过率的影响,选用氧气A带为研究对象,采用基线拟合方式计算被测目标的带平均透过率,利用随机Malkmus模型计算被测目标距离,从而获得仪器分辨率对被动测距的影响。为此,搭建了被动测距实验系统,通过对卤素灯光源在不同距离的光谱测量,验证仪器分辨率对带平均模式被动测距的影响。首先,介绍氧气A带透过率的计算方法,计算理论值;以卤素灯为光源,利用光谱仪分别测量相同距离不同分辨率的光谱曲线,计算实测大气透过率,分析光谱分辨率对单谱线的影响;然后,在分析比较透过率模型和实测透过率谱线的基础上,对透过率计算模型进行拟合、校正,验证光谱分辨率对带模型的影响。对于单条谱线,仪器的不同分辨率可测得的谱线区别较大,而对带平均谱线,相同波数点的光谱信号取平均,获得平均效应,使得被测谱线几乎没有变化;分辨率的模型选择需根据不同的应用场合、不同的精度要求选择合适的分辨率。实验结果表明：分辨率对单谱线的透过率影响较大,随着分辨率的降低,被捕获的光谱信息点取值越少,被测目标距离相关系数越小;分辨率对带平均透过率的计算影响较小,不同分辨率下测得的目标距离,几乎重合;而仪器分辨率越高则测量时间越长,当使用带平均透过率计算被测目标距离,在精度要求范围内,可以适当降低仪器分辨率,从而极大地提高测量速度,并达到测量实时性,同时降低系统搭建的成本。该结论可为透过率测量的应用提供依据。     

喷墨打印系统多光谱特征化正向模型的建立

随着光谱技术的发展,打印系统的光谱特征化模型成为研究热点。基于光谱匹配的特征化模型通过直接预测设备基色的光谱反射比数据,可以有效的减少同色异谱现象的发生,为实现高保真印刷提供条件。主要基于Yule-Nielsen修正的Neugebauer光谱模型,开展了关于12色打印系统光谱特征化模型如何提高模型精度的研究。首先通过对颜色测量仪器及测量条件、喷墨打印机打印系统进行稳定性及精确度验证,为后续样本设计和测量提供可行性依据。然后,建立该研究设备适用的正向YNSN模型。依据CIELAB颜色空间中明度值L*均匀分布的原则,设计并输出了1 331个测试样本,抽取部分样本做训练样本,对所建立的光谱的特征化正向模型进行验证。结果表明,基于光谱的特征化模型预测精度较高,具有明显的优势。经验证,通过引入Yule-Nielsen修正参数n值,可进一步改善光谱预测精度。     

噪声对等光频采样调频连续波激光雷达测距精度的影响分析及实验验证

调频连续波激光雷达具有测量范围大,精度高,无需合作目标等优点,在计量学和工业现场测量中具有重要作用。简单介绍了等光频重采样调频连续波激光雷达的基本结构和测距原理,分析了系统辅助干涉信号和测量干涉信号中存在的主要噪声及其特点。当系统辅助干涉信号中存在噪声时,会造成极值点不准确并且引入测量误差。随后,使用Cramér-Rao下界定理评估测量干涉信号的噪声对测量结果的影响。为了提高测量的准确性和稳定性,基于经验模态分解的小波阈值滤波和汉宁窗带通滤波结合小波滤波的自适应滤波方法分别用来去除了辅助干涉信号和测量干涉信号中的噪声。实验中多次测量了平面镜和多种粗糙度样块,并使用精密导轨验证测量结果的准确性。实验结果表明,当被测物位于3.9 m左右时,使用自适应滤波方法去除噪声后,系统对反射镜和其他粗糙度样块的测量不确定度为20 μm和几十微米(K取值2),远小于使用小波阈值滤波的方法(120 μm和几百微米)。同时,通过对比精密导轨位移数值和系统的测量结果,证明了所提出的方法能够有效提高系统的测量准确性。     

基于PT4115驱动的高精度数字LED星等模拟器

依据地面设备标定的需要，介绍了一种高精度、有限空间、全光谱的星等模拟器实现方法。该星等模拟器的光学系统结构采用紧凑结构空间设计，其控制采用脉宽调制（PWM）技术，应用白光XLamp LED作为光源，并以PT4115作驱动，实现了对LED光照强度在640 lx~1.0 lx范围内数字化任意调整。所设计的星等模拟器与传统模拟调节的星等模拟器相比，该星等模拟器具有体积小、热量低、稳定性高等特点。通过在暗室环境中进行应用验证，分析和测试结果表明:该星等模拟器可实现0m~7m等星控制，光谱范围覆盖整个可见光，星等的控制精度高达0.1m。     

基于多光谱法的激发温度和辐射温度瞬态测试技术

近些年来,随着国内外尖端科技快速发展,温度测量无论是对于国防建设领域还是对于工业制造领域都有着极为重要的指导意义和研究价值。尤其在瞬态超高温测量方面,测温精度要求更为严苛。测温方法多种多样,多光谱法由于其精度较高且适用性强,被国内外专家广泛运用。基于多光谱测温法,提出一种新的能够同时高精度测量目标的瞬态激发温度和辐射温度的方法。该方法通过查找可信度更高的目标物理特性数据以及更为精确的多光谱直线拟合方法,精准计算得到目标激发温度。通过建立更加准确的数学模型和算法,减小光谱发射率对整个测温过程的影响实现高精度的辐射温度测量。通过相关测温实验表明,系统测温精度达到3%。     

Research on the influence and correction method of depth scanning error to the underwater acoustic image measurement

The technology of underwater acoustic image measurement was a passive locating method with high precision in near field.To improve the precision of underwater acoustic image measurement,the influence of the depth scan error was analyzed and the correction method was presented.For a pass array navigation process,when the scan depth was deeper than the real depth of target,the measurement errors could be corrected,and the real depth could be calculated.Otherwise the depth error couldn’t be corrected.The simulations and the experiments were done.The results were satisfying and consistent with the theoretical conclusions.     

空间环境高精度光电轴角测量研究

在复杂恶劣的气候条件下进行高精度的轴角测量已经成为发展空间应用技术的主要瓶颈,其中空间温度交变和振动环境,严重制约着空间用轴角测量装置的精度和使用寿命。分析了空间应用环境造成光电轴角测量装置输出误码和器件老化机理,提出一种在空间复杂环境进行高精度轴角测量的系统解决方案。给出了系统硬件设计方法,并采用了一种码盘信号自适应处理技术,弥补了传统的光电轴角测量方法的缺陷,在保证轴角测量高精度的前提下,提高了空间测角平台的可靠性和使用寿命。实验结果表明：测角分辨率为0.618″;测角误差峰-峰值为6.2″。     

高准确度光电成像测量系统图像畸变校正算法

在以CCD为核心器件的光电成像测量系统对物体进行线度测量中，成像光学系统的固有特性使得数字图像存在畸变，根据像差理论建立了三次多项式的畸变校正模型，分析比较了不同的灰度重建方法的优缺点，进行了双线性插值的灰度重建.对一种校正图像进行了噪音点滤除，进行了仿真实验.校正后的图像可用于高准确度的成像测量.     

低空无人机航空摄影高度自动测量方法研究

为提高产品外观质量的检测精度和实时性,提出一种基于特征融合的多尺度滑动窗口机器视觉检测方法。在训练阶段,首先提取图像的HOG特征和Lab颜色特征,并采用典型相关分析法(CCA)进行特征融合。接下来,采用支持向量机(SVM)对融合的特征进行训练,生成分类器。在检测阶段,产品外观不同区域对精度的要求不同,为提高检测效率,生成不同尺度的滑动窗口,在每个窗口中都进行图像的特征提取与特征融合。最后,对采集的图像序列进行匹配,实现产品外观划痕的实时检测。实验中,选取不同的特征提取方法进行对比,并分别生成大小不同的滑动窗口,通过分析实验结果,结合检测时间与精度,确定各个区域的窗口尺度。实验表明,与传统的检测方法相比,所提方法在检测精度和实时性上具有显著提高。