方位瞄准系统中折转光管的应用研究

通过对方位瞄准系统中折转光管的传光特性的理论分析，推导出折转光管安装误差与出射光线偏移量的关系式和光能损失的计算公式，并概述了折转光管的结构形式原则，为折转光管在方位瞄准系统中的使用提供了理论依据。     

应用方位反向技术提取反射镜零重力面形

为了预估碳化硅反射镜在空间零重力环境下的面形精度,本文开展了在地面环境下利用方位反向技术提取碳化硅反射镜零重力面形的研究。首先,介绍了方位反向技术提取零重力面形的理论依据;其次,利用有限元分析软件,分析了方位反向对反射镜面形的影响;然后,按照试验流程,先后检测了反射镜在0°和180°状态的面形精度,计算两次检测数据的平均值,得到了反射镜零重力面形。结果表明:反射镜地面零重力面形误差RMS值为12.3 nm,能够满足设计指标要求。最后,对数据可信度进行了分析,确认了试验数据真实可信。该结果预示了反射镜在空间零重力环境下的面形精度,对反射镜光学加工与装调有重要的指导意义。     

月球直射辐照度仪同光轴装调及传递定标

采用激光水平仪与平面反射镜相结合的方式,在实验室模拟月球对追踪相机与探测镜头进行同光轴装调,避免未同光轴导致测试不到信号或者信号太小造成数据不准确的问题,实验结果显示实验室同光轴装调误差在±0.03°以内。为保证仪器定标系数的准确性,采用已溯源于国家计量基准的标准灯传递定标微光灯的方式,利用激光测距仪与激光水平仪、平面反射镜相结合的方式保证传递定标精度,解决了直接使用标准灯定标带来的探测器非线性响应误差和长定标距离误差的难题。为地基对月观测仪器建立高精度的月球辐射模型提供了一种思路与解决方法。     

拼接式光学窗口装配关键技术研究

对拼接式光学窗口组件的结构特点作了介绍,分析了影响拼接式光学窗口性能的主要装配因素,并从装配齐平性及微应力装调两个方面出发,开展了装配关键技术研究,通过计算分析及参数量化工艺措施解决装调技术难题,获得了装配后外形齐平性≤0.2 mm,装配后应力≤50 nm/cm的高精度、微应力装调效果,满足光学分辨率及高速飞行使用要求。     

Φ1.3m望远镜的装调

针对Ф1.3m口径同轴四反望远镜镜头,提出了一种有效的装调方法。主镜口径为1.3m,采用背部双脚架(bipod)支撑形式。使用激光跟踪仪多边测量法对支撑结构精密定位,利用Stewart机构位置反解方法进行主镜位姿的调整;通过变换反射镜组件方位进行面形测量,提取重力作用造成的反射镜面形误差;利用Offner零位补偿检测光路进行基于干涉测量的反射镜定心,实现反射镜光学基准与镜头基准的传递;进行镜头的光轴竖直装调,采用测试镜头像高和在线标定标准镜面形的技术手段来提高装调精度与收敛速度。镜头的中心视场波前和边缘视场波前rms分别为0.053λ(λ=0.6328μm)和0.077λ。     

大口径、长焦距平行光管装调技术研究

主要以焦距7500mm、口径750mm的大型牛顿式平行光管的装调与标定方法为研究对象。该平行光管作为某空间光学系统的检测与标定基准,因此对其装调后的像质稳定性、出射光束平行性、口径对称性、出射光束水平性等参数都提出了极高的要求。从平行光管的关键指标参数要求出发,归纳了Φ750mm平行光管进行初步装调,再研究精密装调的技术原理和方案,分析了可能存在的失调量、产生原因与对应的调整方法。介绍了干涉辅助装调的实验过程和其中遇到的问题与解决方法,最终得到了满足技术要求的装调结果。     

CO_2激光发射装置光轴平行度的快速检测方法

设计了一个装调检测辅助系统,可完成外场条件下CO_2激光发射装置光轴平行度的快速检测。介绍了辅助系统的工作原理和检测装调过程,对影响检测精度的误差因素进行了分析和计算,着重分析了由辅助系统的装调和结构变形引起的误差,检测精度为5.3″。与大口径平行光管检测法进行了对比,结果表明,相对误差不大于1″。     

Ф2020 mm口径空间红外相机主反射镜设计

针对某Ф2 020 mm主反射镜,为了保证空间红外相机主反射镜具有良好的面形精度及较高的一阶固有频率,对其支撑结构进行了针对性研究。根据反射镜的尺寸形状和面形精度要求,确定了反射镜的背部支撑方案。设计了采用两种柔性方式串联的柔性结构用于主反射镜的支撑,并确定了柔性环节的应力最大位置。采用有限元方法对反射镜组件在力热耦合状态下进行了仿真分析,结果表明反射镜全口径最大面形误差RMS值为27.02 nm,组件一阶谐振频率为95 Hz。对相机处于装调状态装星状态时反射镜的面形进行了有限元分析,结果表明满足总体对主反射镜的设计要求。     

多视场电视观瞄具的光轴调校技术

针对如何实现多视场电视观瞄具光轴平行性和稳定性的调校,根据其光机系统结构,提出了CCD靶面与双光楔相结合的调校技术方案,通过设计和搭建安装基面与光轴平行的装调装置,用平行光管自准直法建立了统一的装调基准。通过分析双光楔调校原理,对调校技术方案进行优化,添加了双光楔配对和粗调误差控制的工艺要求。经过装调、测试验证,光轴平行性可达0.1 mrad,光轴稳定性可达0.05 mrad。     

提高平行光管分划板装调精度新方法研究

推导了分划板失调量与待测系统调制传递函数(MTF)下降之间的解析表达式,对光管和待测系统焦距比与分划板装调精度之间的数学关系进行仿真分析,发现焦距比为1,分划板轴向装调误差为0.0012mm引起的待测系统MTF下降为0.01。据此提出依据Zernike系数定量指导装调,采用数字干涉仪与平行光管、分划板构成干涉光路进行逐次迭代调整的方法。实验与数学分析均表明,上述方法可显著提升分划板装调精度,其引起的探测器离焦导致的MTF下降可控制在0.013。实验结果与理论值之间的偏差表明,环境扰动等不确定度对标定精度产生影响,在测试环境良好的条件下采用上述装调方法,使用焦距与待测光电系统焦距相当的平行光管就可满足高精度光学标定与装调的测试需求。     

Effect of plane-mirror installation errors on pointing errors in periscope-type satellite optical communication terminals

In a satellite optical communication system, the pointing error is an important factor that strongly influences the system performance. For periscope-type satellite optical communication terminals, installation errors of 45° plane mirrors in the coarse point apparatus (CPA) can lead to pointing errors. In this respect, we classify the installation errors of two 45° plane mirrors in the system and derive the corresponding ??transfer?? matrices to describe them. Furthermore, we establish mathematical models of the pointing error caused by installation errors of 45° plane mirrors. These models allow one to calculate and compensate the pointing errors in periscope-type satellite optical communication terminals. The results of our simulations show that the pointing errors vary with the elevation axis angle but do not depend on the azimuth axis angle. Compared to the side-angle error, the slope-angle error brings a larger pointing error. However, the mathematical model we developed allows one to compensate more than 99.9?% of the overall pointing error. The present work provides a theoretical basis for the design of periscope-type satellite optical communication terminals.     

动态像面法测量水面落点位置及误差分析

为了测量弹丸水面落点的位置, 建立了基于CCD相机动态像面的测量模型。该模型通过CCD相机辅助采集相关点位的图像信息, 对水面落点的位置函数以及误差进行了研究。首先, 利用空间几何获得靶船上三定点相对于测量船的方位、俯仰信息。接着, 结合t时刻观测图像上定点的像面坐标, 运用底片常数模型建立像面坐标和角度信息两套参量之间的关系函数, 从而得到目标落点的方位、俯仰信息, 再利用异面交会法计算出目标落点位置。最后, 分析了目标落点位置的误差来源(质心误差, 位置误差)、误差以及各误差源与位置坐标之间的关系。实验结果表明:在测量船位置精度达到0.05 m, 图像质心定位精度达到0.5 pixel时, 在最小交会误差的情况下, 目标落点的位置测量误差分别为2.8, 4.9, 4.3 m。     

傅里叶变换红外光谱仪干涉仪系统的设计

设计了一种基于立体角镜与固定平面镜组合的干涉仪系统,以解决传统傅里叶变换红外光谱仪中干涉仪系统由于动镜的倾斜与横移影响光谱质量的问题。系统包含一对立体角镜,两面相互垂直的固定平面镜,以及分束器。通过对立体角镜的倾斜与横移、立体角镜垂直度误差以及两固定平面镜的倾斜与垂直度误差对干涉信号初相位与调制度的影响进行分析,表明立体角镜的倾斜与横移、固定平面镜的垂直度误差等因素不会影响干涉信号的初相位与调制度;通过对干涉仪进行实际测试表明,仪器具有结构简单紧凑、密封性好、分辨率高以及抗震性强等优点。     

拼接式编码器测角误差分析及试验

根据望远镜测角系统的精度需求,分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源,以及多读数头测角消差原理,确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验,通过对测角数据进行谐波分析并补偿后,得到两组实验测角误差RMS分别为0.34"、0.38"。实验表明,相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响,实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度,为降低设计和加工误差提供参考。     

高光谱成像仪等效焦面装调模组设计

高光谱成像仪CCD组件在装调时,纵向需要满足20 μm焦深要求,横向需要实现光谱维、空间维的对准。为了避免检测时对昂贵的CCD频繁安装、拆除,设计了一种等效焦面装调模组。等效模组按照CCD组件的实测尺寸精密制造,提供了可供显微镜观察的模拟光谱像。通过测量实际光谱像和模拟光谱像的位置差别能够获取修磨垫的修整量,并实现光谱像和CCD像元的横向对准。试验表明,存在工具显微镜测量误差、修磨垫加工误差、互换性误差时,光谱像面各处离焦量均小于焦深。试验中仅用3次迭代即达到MTF为0.3的要求,提高了装调效率和操作安全性。     

激光导星共孔径发射接收的偏振分光效率研究

在地平式折轴望远镜上开展自适应光学瑞利激光导星实验,研究了信标光束同孔径发射和接收偏振分光技术。基于镜面膜层复振幅反射特性,采用琼斯矩阵描述方法,建立了偏振分光物理模型,研究了共孔径发射和接收偏振耦合分光的效率问题,并与实验结果进行了比较。结果表明,由于镜面膜层对s光和p光的相位延迟差异,系统偏振分光效率随着望远镜的方位角旋转会发生周期性的变化,同时也受望远镜天顶角变化的影响。在研究光路反射镜相位延迟对往返分光效率影响规律的基础上,提出了提高地平式折轴望远镜激光导星共孔径发射和接收偏振分光效率,消除受望远镜方位角和天顶角变化影响的技术途径。     

两轴光电跟踪仪高仰角跟踪盲区分析

 从轴准直误差、动态滞后误差两方面分析了采用俯仰轴叠加于方位轴光机座结构方式的光电跟踪仪在高俯仰角跟踪时的误差变化及由此导致的盲区问题,从轴准直误差和动态滞后误差两方面对高仰角跟踪盲区的形成及其空间分布进行分析,并用MATLAB进行了仿真,给出跟踪盲区随方位、俯仰角变化的的分布图形。从盲区分布图形可以看出：光电跟踪仪在性能一定的情况下,跟踪盲区随着仰角增大而增大,并结合直线航路给出这两种误差导致的跟踪盲区的计算方法。跟踪直线航路实验数据显示跟踪误差随着仰角增大而增大。     

The bat head-related transfer function reveals binaural cues for sound localization in azimuth and elevation

Directional properties of the sound transformation at the ear of four intact echolocating bats, Eptesicus fuscus, were investigated via measurements of the head-related transfer function (HRTF). Contributions of external ear structures to directional features of the transfer functions were examined by remeasuring the HRTF in the absence of the pinna and tragus. The investigation mainly focused on the interactions between the spatial and the spectral features in the bat HRTF. The pinna provides gain and shapes these features over a large frequency band (20-90 kHz), and the tragus contributes gain and directionality at the high frequencies (60 to 90 kHz). Analysis of the spatial and spectral characteristics of the bat HRTF reveals that both interaural level differences (ILD) and monaural spectral features are subject to changes in sound source azimuth and elevation. Consequently, localization cues for horizontal and vertical components of the sound source location interact. Availability of multiple cues about sound source azimuth and elevation should enhance information to support reliable sound localization. These findings stress the importance of the acoustic information received at the two ears for sound localization of sonar target position in both azimuth and elevation.     

Elevation localization and head-related transfer function analysis at low frequencies

Monaural spectral features due to pinna diffraction are the primary cues for elevation. Because these features appear above 3 kHz where the wavelength becomes comparable to pinna size, it is generally believed that accurate elevation estimation requires wideband sources. However, psychoacoustic tests show that subjects can estimate elevation for low-frequency sources. In the experiments reported, random noise bursts low-pass filtered to 3 kHz were processed with individualized head-related transfer functions (HRTFs), and six subjects were asked to report the elevation angle around four cones of confusion. The accuracy in estimating elevation was degraded when compared to a baseline test with wideband stimuli. The reduction in performance was a function of azimuth and was highest in the median plane. However, when the source was located away from the median plane, subjects were able to estimate elevation, often with surprisingly good accuracy. Analysis of the HRTFs reveals the existence of elevation-dependent features at low frequencies. The physical origin of the low-frequency features is attributed primarily to head diffraction and torso reflections. It is shown that simple geometrical approximations and models of the head and torso explain these low-frequency features and the corresponding elevations cues.