光电稳瞄系统装调的关键技术

鉴于光电稳瞄系统的复杂性和科研开发的不可预见性，传统装调技术远不能满足产品科研设计发展的需求。着重分析探讨了光电稳瞄系统中各探测器光谱范围的差异性、光学平台结构的复杂性、光学轴系与回转轴系的一致性带来的精度难以实现的关键技术问题。通过多组自准直仪架设空间过渡基准，采用特定的大口径光轴调校装置，解决了光轴平行性调校问题。以调校光学轴系与机械回转系统的同步精度为出发点,确定了各部件之间的装配及装配误差的影响。通过设计的方位/俯仰天顶测量仪，解决了回转轴系正交性精度调校难题，实现了传统工艺方法和普通调校装置无法达到的设计指标和精度要求。     

压制观瞄系统多光谱光轴平行性调校技术研究

鉴于压制观瞄系统光轴平行性是实现精确压制的一项指标,其特殊性在于保证回转机械轴、可见光轴、激光光轴的平行性,提出一种采用双光楔对压制观瞄系统光轴进行调校的方法, 通过转动双光楔,使光轴发生偏转,从而完成各光轴的平行。通过分析压制观瞄系统的结构,重点介绍了双光楔调校的原理与方法,并建立数学模型。采用Matlab对数学模型进行仿真,基于该调校原理搭建实验装置进行试验,试验结果表明,采用双光楔进行光轴调校方法可使三轴调校后的平行度误差不超过0.1 mrad。     

潜望式光电仪器轴系误差的精确数学模型及计算

轴系误差是影响潜望式光电仪器测角精度的重要因素,传统轴系误差模型使用大量数学近似,存在适用局限性。将轴系误差的产生用坐标变换的方法来表现,建立了一种精确的数学模型。推导了高度角误差与方位角误差的微分计算方法,在MATLAB上进行了仿真计算,验证了模型的正确性。该模型综合考虑了各种误差的影响,不存在数学近似引起的原理误差,为潜望式光电仪器的轴系误差补偿校正提供了参考。     

激光指示器光轴调校技术

利用反射式光学系统对激光指示器的光轴进行了调校。提出了激光指示器及观瞄装置的光轴校正方案,并建立了调校装置。该装置由离轴抛物面反射镜、十字靶标、背景光源、图像采集装置及其它附件组成。对调校装置的测量精度进行了标定和计算。结果表明,该装置的测量精度可达到0.05mrad。利用该装置对激光指示器的光轴进行了调校,并给出了系统示意图和测试效果。     

某坦克炮长镜光学系统装调技术

为了解决坦克火控炮长视场稳定激光测距瞄准镜光学系统总装过程中稳像系统Z轴精度不高、校靶范围超差、装表范围超差、三轴平行性差的问题,提出炮瞄镜光学系统总装方法,通过采用光学自准直方法,将前置镜、高精度的平面反射镜工装、长焦距平行光管以及零位仪等设备调校建立瞄准轴零位基准,使三轴（瞄准轴、激光发射轴和激光接收轴）平行性的调校达标,并保证装表、校靶等有活动范围要求的光机部件的活动范围偏差合格,实现产品一次交检合格率由原来的60%提高到95%以上,产品的稳定性和可靠性得到提升,从而确保坦克火炮的首发命中率。     

潜望式瞄准镜中消像旋棱镜的装调工艺技术

当潜望式光学系统中反射镜绕机械轴转动时,影像会在视场中绕光轴旋转严重影响观瞄。消像旋棱镜可以使像产生反向转动从而消除这种影响。从探索潜望式瞄准镜中消像旋棱镜的装调工艺出发,通过对2种常用消像旋棱镜在光学系统中对光线折转的分析,提出了其光机装调过程的判断依据,总结了2种消像旋棱镜应用的装调工艺方法,并提出了在平行光路中检测消像旋棱镜固定前后的分辨率以保证成像质量。经过多个项目的验证,此方法能有效降低消像旋棱镜的装调难度,装调后消像旋棱镜光轴与系统基准轴偏差控制在30以内。     

稳瞄惯导周视观瞄镜的设计

介绍一种中精度、低成本周视观瞄镜的设计方法，其特点是用一个机械陀螺同时实现稳瞄和惯导2项功能。利用陀螺罗经原理，使机械陀螺的敏感轴快速收敛于子午面和水平面的交线上，并借助陀螺定轴性和2自由度环架，使陀螺隔离运动载体的扰动；通过环架上的光电传感器测出运动载体的姿态角，使观瞄镜的瞄准线随动于陀螺的敏感轴，实现间接稳定。在瞄准过程中，瞄准线的调转指令以随动修正量的形式加入，通过姿态矩阵的解算，可获得运动载体扰动量沿稳瞄坐标轴方向的投影，即瞄准线随动陀螺轴的输入量。最后综合运动载体的姿态和里程计信息，可以实现导航功能。     

基于Matlab和ADAMS的光电稳瞄系统结构控制联合仿真

为了研究多轴多框架光电稳瞄系统的稳定精度并且避免推导其复杂的动力学微分方程,提出了利用Matlab和ADAMS进行光电稳瞄系统结构控制联合仿真的方法。研究了联合仿真模型的方位轴和俯仰轴单位阶跃响应,和在不同方向的随机线振动下的瞄准线惯性角速率,以及在2°、1Hz不同方向角扰动下瞄准线的稳定精度。仿真结果与理论定性分析吻合,表明联合仿真方法可行,可用于后续产品的开发。     

观瞄系统光轴平行性原位检测的光学系统设计

为了实现在车载观瞄系统原位不解体条件下快速、准确的性能检测,利用离轴反射式大口径平行光管搭建光学系统。基于TracePro实现对该光学系统光线追迹,对光斑质量和精度计算进行了研究。在分析离轴反射式平行光管性能和结构的基础上,设计了测试装置的光学系统;分析了该光学系统主要的误差来源及大小,结合误差合成理论计算其检测精度。结果表明:成像在该光学系统焦点处的光斑能量分布较为集中,距中心点0.6mm范围内的光斑能量占总能量的81.39%,该光学系统的检测精度能够达到2.9226″。满足了对车载观瞄系统光轴平行性原位检测时的精度要求,测试装置的架设、校准也较为容易。     

温度对潜望式激光通信终端SiC反射镜性能影响

分析了温度梯度和均匀温度对潜望式激光通信终端反射镜形变的影响,利用椭圆域上的Zerni-ke多项式对椭圆反射镜的波前进行拟合,计算由于热形变导致的波前畸变误差,给出了星间激光通信终端反射镜均方根值、发射光束瞄准误差、接收端光强随温度梯度和均匀温度的变化关系。结果表明:温度梯度对反射镜的影响只是引起峰值光强的漂移和少许下降,当温度梯度为14℃/m时瞄准误差达2.1μrad。均匀温度会引起接收端的光强分布变化,从而导致很大的瞄准误差和光强衰减,当均匀温度与参考温度的差值小于0.6℃时,由波前畸变误差引起的瞄准误差小于1μrad,当差值大于0.6℃时,瞄准误差突然增大到几μrad,接收端光强分布发生变化,此时反射镜热形变引起的像散项对光强分布起重要作用。     

某型号周视镜总体设计技术分析

为了扩大观察范围,模块化结构单元,提高可靠性,设计了一款多功能周视镜。利用滚珠丝杠和直线轴承实现头部升降,扩大产品的观察范围;利用齿轮组差动技术实现上反射镜运动传输,保证系统可靠性;利用步进电机驱动道威棱镜及配合绝对值式光电编码器反馈角值位置信息,消除周视过程中的图像旋转,保证系统观瞄和测角精度。实验结果表明:周视镜可昼夜观瞄、昼间3～6连续变焦、头部升降300 mm、方位向全周视、测角精度在连续转动下不低于1 mard。     

外场多光轴瞄准偏差测试的基准光轴建立方法

提出一种针对外场真实环境下可见光、激光和红外多光轴瞄准系统瞄准偏差测试的基准光轴建立方法.采用精密大地测距、测角技术获得观测仪器站址坐标、基准光轴方向和靶标中心位置,通过对标定靶标上的中心点作测距和测角观测,并对基准光轴方向大气折射和地球曲率引入的误差进行改正,获得基准光轴、激光和红外系统在靶标上的精确位置.理论分析和实际测试结果表明,该方法具有理论严密、测量准确度高、工程上易于实现的优点,在2 km范围内基准光轴误差小于4.5″,完全满足多光谱多光轴动态瞄准偏差测试中基准光轴准确度的要求.     

周视光电观瞄设备动密封的摩擦力矩分析

在结构设计解决周视光电观瞄设备的动态密封问题后,动密封所带来的摩擦力矩就成为周视光电稳定的重要制约因素。通过对3种典型应用动密封原理的周视光电观瞄设备分析研究,着重分析了动密封的摩擦力矩对结构、稳瞄精度的影响,并结合实际工程应用给出3种动密封形式所对应的摩擦力矩分析和估算方法,提供给稳瞄和结构设计人员,以期对后续稳瞄系统设计有所帮助。最后在同一周视转台上,对3种动密封进行了试验验证并进行分析计算,得出磁流体是解决周视光电设备动密封较好形式的结论。     

稳瞄炮长镜加装CCD摄像机技术分析

分析在炮长镜现有位置基础上加装CCD摄像机的可行性，提出加装CCD 摄像机的原则和方案。通过选择恰当的CCD摄像机安装位置和结构布局，满足了炮长镜潜望高度保持不变，炮长瞄准镜的内部结构改动量较少，加装成本整体降低的要求。借助有关理论，讨论了CCD摄像机选型、光路计算、激光发射光路镀膜的变化等问题。最后指出，炮长瞄准镜在加装CCD摄像机后，若再配备具有数据处理功能的自动跟踪组件，还可实现视频自动跟踪，而其原有的可见光观瞄功能仍然保持不变。     

两轴周视光电跟踪天际线焦平面像的解析表达

鉴于动基座周视光电跟踪系统的基座俯仰和横滚角会造成天际线在红外焦平面阵列上所成的像不再与反射镜面俯仰轴在焦平面阵列上的投影平行,建立了动基座两轴周视光电跟踪系统的五自由度数学模型。重构了包含目标信息的天际平面在大地坐标系下的方程,推导得出了天际线在焦平面阵列上成像的解析表达式,并将其与反射镜面俯仰轴在焦平面阵列上的投影表达式进行了对比。天际线焦平面阵列成像的解析表达式可为目标可测、天际线不可测情况下,沿像的方向向量及其正交方向进行方位、俯仰补偿及目标方位解算提供理论前提。     

振动对潜望式光电仪器影响的数理分析

潜望式光电仪器具有细长桅杆的典型外形,对因桅杆振动所导致的瞄准线通过俯仰反射镜折转后在成像靶面上的移动量进行了分析计算,讨论了像点的移动对成像质量的影响,并提出了一些改善其观测效果的措施。     

多光谱光学系统光轴平行性组合测试装置

介绍一种激光、白光和热像仪(或微光)三光合一观测仪器的捆绑式新型组合测试装置及其测试原理，并详细叙述了用该装置测试“三光”光轴平行性的过程和注意事项。该装置十字分划线的设计未采用常规的玻璃刻线工艺，而是选取电阻率较高的钨丝制成十字分划线，并在分划线的两端焊上电极，避免了测试时由于更换十字分划线靶标而可能产生的误差。该装置通过对观测仪器光轴平行性的检测和调试，为精确调校提供了依据，从而使3种光学系统的光轴平行性达到所需精度要求，对保证观瞄及测距的方向一致性起到了准确指示的作用。     

基于辅助光学系统的KB显微镜瞄准方法

 研究了利用辅助可见光系统精确瞄准KB显微镜物点的方法。设计了工作能点8 keV的周期多层膜KB显微镜系统,通过光线追迹和X射线成像实验,得到5 μm空间分辨率所对应的视场和景深,进而计算出诊断实验对应的指向和景深要求。基于KB系统的物像关系和精度要求,设计了辅助的可见光成像系统,实现了可见光系统与X射线KB系统间的等效瞄准,利用耦合好的系统进行了瞄准和X射线成像实验。实验结果表明:辅助光路可以实现±20 μm的垂轴面和±300 μm的轴向定位精度,满足KB显微镜的瞄准要求。     

直升机光电系统网络协同目标瞄准方法北大核心CSCD

针对直升机网络化和信息化的探测需求,提出了利用数据链信息快速引导机载光电系统实现目标瞄准的方法。分析网络信息引导过程中光电系统的目标瞄准指示误差,给出目标信息坐标转换和延迟处理算法以及光电系统瞄准线偏差估计方法,最后通过仿真实验重点研究了数据精度、数据率、延迟时间等对直升机光电系统网络协同目标瞄准的影响。仿真结果表明:减小数据延迟时间,提高数据率和数据精度是减小网络协同目标瞄准误差的有效途径,采用合理的目标信息延迟处理算法,对提高目标状态估计精度,减小目标瞄准线估计误差具有一定的作用。     

基于折反射全景相机的视觉里程计研究

为了实现折反射全景相机实时定位,提出了基于特征点法的可以用于折反射全景相机的视觉里程计算法。对折反射全景相机的投影模型重新设计了初始化模块,用于全景相机位姿的初始化。在初始化模块中,提出了适用于折反射全景相机的球面对极几何,通过球面对极几何计算初始化过程中两帧图像间位姿变化关系。为了验证算法鲁棒性和精确度,在相同场景下,将本文算法与使用针孔相机的特征点法的视觉里程计算法进行对比。结果表明,使用折反射全景相机的情况下,室外场景和室内场景下视觉里程计精度分别比针孔相机算法提升了38%和50%。