一种飞轮扰振对成像像移影响的数值分析方法

为了实现像移大小的可靠预估,建立了一种对从扰振源到成像像移的传递函数进行估算的数值分析方法.首先利用Kistler微扰振测力平台对飞轮扰振进行测量,获得了各向扰振的高精度实测数据.将飞轮安装在高仿真度的整星样机中进行试验,获得了受飞轮微振动影响的图像像移数据.利用飞轮扰振数据和像移数据中的谐波数据建立并求解了一系列以传递函数为待求变量的线性方程组.最后利用所得传递函数对相同批次不同飞轮产品扰振所致像移进行预估.对比预估值和该飞轮实测像移值发现:预估结果和实测结果中谐波特性一致.相对于实测值,预估值在典型响应处误差不高于10%,大部分预估值的绝对误差不超过0.1个像素,所得传递函数可较好的对成像像移进行预估.相较于传统理论建模方法,该方法具有更高的可信度和更快的分析速度.     

飞轮微振动与整星耦合特性参数补偿算法研究

为了提高飞轮与整星耦合特性影响成像像移理论预估的精度,提出了一种星上飞轮安装刚度和阻尼参数的数值补偿算法.首先,建立补偿算法数学模型,基于飞轮径向摇摆模态以及线性整星微振动传递函数模型,通过联合飞轮在专用测量平台上的扰振实测数据以及星上安装后所致成像像移实测数据构建优化函数,实现对星上飞轮安装刚度以及阻尼参数的补偿.其次,采用该算法对某型号卫星上的飞轮安装刚度以及阻尼进行了补偿和估计,最后对参数补偿前后的飞轮扰振所致像移分别进行理论预估与对比.对比结果表明:参数补偿后的预估像移数据较补偿前预估像移数据更接近实测像移数据且径向摇摆模态固有频率曲线更加明显,证明此参数补偿算法可行.本研究显著降低了整星微振动分析过程中飞轮在星上安装刚度与测试平台安装刚度不一致所带来的分析误差,为飞轮与整星耦合特性安装等效参数求解提供了一种思路.     

航天器平台在轨振动对遥感成像质量的影响

由航天器上反作用飞轮、太阳帆板等部件产生的平台在轨振动是影响高分辨率遥感器成像质量的重要因素。基于LANDSAT-4平台模拟振动谱建立了平台在轨振动环境下遥感成像模型,讨论了航天器平台振动谱中各典型振动信号成分的强度对像质的影响,并将各振动成分依照对像质的影响强烈程度进行了排序,指出均匀白噪声成分所引起的颤振对像质的影响超过低通噪声成分所引起的像移。讨论了低通噪声成分的频谱形状与像质之间的关系,给出了带宽与噪声增益之间的拟合公式。通过搭建硬件实验平台,对仿真结果进行了验证。研究结果为航天器平台与遥感器隔振设计分析提供了依据。     

光学相关法测量空间相机像移的性能研究

为了测量由卫星姿态不稳定或振动等原因引起的空间相机的亚像元像移,使用了光学联合变换相关器(JTC)对安装在相机焦面上的辅助面阵CCD采集到的相邻两帧图像进行相关运算.给出了使用该方法测量像移的原理,搭建了实现JTC的光学实验平台,对JTC测量相机像移的性能进行了实验研究.结果表明,使用JTC完全可以测量空间相机的亚像元...     

红外凝视传感器定量仿真及模型验证

针对新一代红外凝视成像传感器,依据红外辐射能量传递和转换的物理过程,完成了对传感器各组成单元的物理效应建模.不同于以往成像模型的定性仿真,该模型实现了对系统各模块成像特性的定量描述,综合考虑了传感器的信号传递特性、空间传递特性、空间采样特性和时空噪音特性,构建了较为完善的高仿真度红外成像仿真模型.为验证仿真模型的有效性,搭建了有效性实验验证平台,获取了真实热像仪的性能曲线和输出图像.通过计算和比较仿真模型和真实热像仪性能曲线和输出图像相似程度,定量化评价了模型的仿真度,验证了仿真模型的有效性.     

基于空间相机时间延迟积分传感器拼接区图像的像移测量

为了对由飞船姿态不稳或隔振装置的振动抑制残余量等因素产生的宽频带像移进行测量,提出了基于时间延迟积分(TDI)传感器拼接区所成图像的像移测量方法。定义了偏移系数,用以衡量成像期间像移速度与TDI传感器积分时间之间的失配度,以调制传递函数(MTF)为相机成像质量评价指标,分析了失配度与成像质量之间的关系,确定了满足成像质量的像移测量方法的精度范围;利用两片TDI传感器拼接区所拍图像存在相同内容、拍摄时刻不同的特点,阐述了基于TDI传感器拼接区图像的像移测量原理。实验结果表明测量精度达到0.2377pixel,测量频带达到228Hz,证明该方法能够对宽频带、高精度的像移进行有效测量。     

包膜超声造影微泡次谐波特性的优化设计与实验研究

基于包膜超声造影微泡在超声场中的理论振动模型,对其次谐波特性进行优化设计,从理论上计算和分析了微泡粒径、膜弹性及声压等对微泡次谐波响应的影响,以期获得其用于非破坏性次谐波成像的最佳条件。另外通过改变膜材料的配比, 制备了具有不同膜弹性的超声造影微泡,对其声学特性进行了体外声学实验测定。仿真计算和实验结果表明,在合适的膜材料配比条件下,制得的平均粒径为3μm左右的包膜微泡,可获得满意的次谐波响应,并且其用于非破坏性次谐波成像时的最佳工作声压约200-400 kPa。     

原子力显微镜高次谐波幅度对样品弹性性质表征的研究

轻敲模式下原子力显微镜微悬臂探针在接近其基态共振频率的外加驱动下振荡, 其末端针尖周期性靠近、远离样品, 产生于针尖与样品非线性相互作用过程中的高次谐波信号包含更多的待测样品表面纳米力学特性等方面的信息. 通过理论分析、计算, 系统地研究了针尖与样品接触时间受样品弹性模量的影响, 以及高次谐波幅度与接触时间的关系, 获得了通过高次谐波幅度区分待测样品表面弹性性质差异的规律. 并在自制的高次谐波成像实验装置上, 得到了与理论预期一致的实验结果. 关键词： 轻敲模式原子力显微镜 接触时间 高次谐波幅度 弹性模量     

PMMA塑料光纤中C-H谐波吸收损耗的计算

通过对PMMA塑料光纤中的主要损耗因素C -H谐波吸收进行了理论分析 ,并进行了定量计算 ,结果与实际测量数据一致 .并从理论上验证了氘化、氟化降低塑料光纤损耗的机理 .得到不同量子数的伸缩振动和弯曲振动的吸收波数和损耗 .随着波长的增加 ,C -H谐波吸收损耗增加 ,而伸缩振动的吸收损耗比弯曲振动高一个数量级 ,且两者分别与量子数呈线性关系     

飞轮微振动对空间相机调制传递函数的影响

结合集成建模法和光线追迹法研究飞轮微振动对相机成像质量的影响.采用集成建模法,建立飞轮微振动的扰动模型、卫星和相机的有限元模型,进行瞬态响应分析,得到6个方向力或力矩单独作用下相机各反射镜随时间变化的位移.采用光线追迹法,由反射镜位移和入射光线,根据折射定律计算折射后光线的位置、方向及与光轴的夹角.由得到像面处的光斑坐标和位移,运用运动统计矩计算系统调制传递函数.结果表明:响应周期与激励周期无关;激励的作用时间长度和采样时间长度均会影响调制传递函数;不同方向振动激励造成的调制传递函数变化的大小不同,而不同方向对包含原光学系统的调制传递函数的影响类似仅振动对调制传递函数的影响;当振动分别作用My、Mz值时衰减最大,达到0.1左右.该方法较理论推导简便快捷,能获取微振动与调制传递函数的关系,为系统优化设计和隔振措施提供参考.     

基于数字全息干涉的实时微振动检测

基于数字全息理论的方法,构建了一套微振动实时测量的实验系统。通过运用基于全息干涉图像的振动快速解算算法,直接从记录的全息图中提取振动信息,实现对振动物体振幅值进行实时测量。该系统的接收光为散射光,使得测量角度不受被测物体结构的影响。通过测量由标准正弦波驱动的被测物微振动情况,对该实验系统进行了实验验证,实验结果表明,该系统能够实时测量微振动的振幅值（算法处理时间约为0.11 ms）,在550～2700 Hz频段内被测物的振幅较为稳定,系统稳定性误差为1.66%,真实地反映了其振动情况。     

高精度光电混合联合变换相关的亚像元像移测量

为更精确测量出卫星遥感相机因姿态变化和振动等原因引起的亚像素像移,提出了基于光电混合联合变换相关的像移测量方法。该方法通过对采集到的图像序列做光学相关运算,并对联合功率谱做拉普拉斯变换,得到尖锐的相关峰,再用质心法获取相关峰的坐标信息,从而测得更精确的图像像移值。阐述了基于光电混合联合变换相关的图像像移测量原理,搭建了相应的光学实验装置。实验结果表明,该方法的像移测量误差低至0.03 pixel,大大提高了图像像移的测量精度。     

运动目标的多维度微运动特征提取研究

微多普勒特征提取作为一种常用的时频分析工具,对微动目标特征的提取重构具有重要意义.为了更好地研究多运动的微多普勒效应,提出了一种运动姿态分类方法.按照目标频移是否随时间变化可以将运动姿态分为频移时变运动和频移时不变运动.频移时变运动包括平移、翻滚和振动.针对这种运动应分析对比不同时间对应的瞬态频移,频移时不变运动主要为旋转运动.本文通过微多普勒效应理论结合电磁波频域模型,实现3D运动目标微动特性提取的仿真建立目标,分析不同环境条件例如晴天阴天、有无湍流对探测的影响,为后续实验研究奠定理论基础.开展基于收发同置系统的多特征运动目标的微多普勒频移探测实验,实验结果表明,不同目标位置上频移的幅度、正负性和谱线宽度旨在反演目标形状、运动姿态、运动方向和速度.利用FFTshift函数对一维数据进行解调分析,实现三维时间-频率-强度关系的研究.本研究实现了对目标宏观形状特性的测量以及微观运动信息的提取,为雷达探测和识别奠定基础.     

像增强器在高速成像应用中的高重频特性

为了解决像增强器在高重频下的成像应用问题,建立了像增强器高重频特性成像实验平台,并开展了ICCD相机双帧成像与曝光时间、双帧延迟时间之间关系的实验研究.实验结果表明ICCD相机第二帧成像问题是由第一帧曝光时像增强器饱和造成的,增大CCD的AD采样增益可避免灰度值反转现象和"浮雕"效应.本文研究可为像增强器在高重频条件下的成像应用提供理论和实验依据.     

基于高阶谐振悬臂的动态原子力显微镜的研制

动态原子力显微镜微悬臂为无限自由度系统,具有多个谐振模态的振动特性。微悬臂的工作振动频率是影响动态原子力显微镜系统的测量特性的关键参数之一,为了提高微悬臂的谐振频率,结合悬臂的高阶谐振特性,研制了基于高阶谐振悬臂的轻敲式动态原子力显微镜,可实现对微观表面的测量,并且明显改善了动态原子力显微镜系统的测量灵敏度、测量速度等测量特性。     

飞船振动引起的空间相机像移模型分析

为了对由飞船振动引起的空间相机像移随时间变化规律进行分析,在NASA对Landsat-4卫星平台振动在轨测试结果的基础之上,提出了连续谱及各级非严格整数倍频谐波线性相加的焦面干扰力功率谱模型,推导出了相应的焦面干扰力时域模型,依据刚体运动学原理,建立了连续谱分量和各级非严格整数倍频谐波的线性相加的空间相机焦面像移模型。实验证明了由飞船振动引起的像移模型的正确性。     

基于双通道剪切干涉的高光谱偏振成像方法

光谱偏振成像技术可同步测量目标的空间信息、光谱成分和偏振特性分量,在天文物理研究、大气成分的探测和生物医学等领域具有巨大的发展潜力。偏振信息的同步获取通常牺牲光谱成像的空间分辨率,为避免光谱成像空间分辨率的降低,提出基于双通道剪切干涉的高光谱偏振成像方法。利用双矩形干涉器实现双通道剪切干涉,两个通道分别进行高分辨率干涉光谱成像以及基于微偏振阵列的光谱偏振成像。分析了双通道剪切干涉以及基于微偏振阵列调制的傅里叶变换光谱偏振成像原理,论述了光谱信息反演方法以及偏振信息提取方法。搭建了实验装置,对实际场景目标进行光谱偏振成像实验,获得了目标的高空间分辨率光谱图像和偏振分量信息。研究表明,该高光谱偏振成像技术可同步进行偏振成像测量和高分辨率光谱成像测量。     

扫描探针声显微镜轻敲模式中相位像的反差机理

根据扫描探针声显微镜(SPAM)轻敲工作模式中探针作周期振动的特点,以及在探针与试样相接触过程中激振力和悬臂探针自由振动的阻尼力很小的假设下,解析求解了探针与试样的碰撞运动方程,得到了最大压痕深度和碰撞时间与探针半径、等效杨氏模量以及界面吸附能等之间的关系式,较直观地说明了SPAM中轻敲模式的相位像反差机理:信号的相位与试样微区的性质、探针振幅、设置点以及试样形貌等有关。并定量预计了纳米金刚石像中的相位差值72.59°,与实验测量平均值73.2°±8.2°一致。同时,合理地解释了实验得到的光学薄膜试样相位像的反差。这些表明SPAM轻敲模式的相位成像是一种纳米分辨率测量材料表面物理性质的成像技术。      

基于电子散斑干涉与数字剪切散斑干涉法的悬臂薄板振动分析

基于激光光路的光波随机相位扰动,分析了电子散斑干涉实时图像相减时模态条纹图的形成机理,提出了一种振幅涨落测量法。搭建了用于离面振动分析的电子散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量系统,并对完整和含狭缝的悬臂铝板的振动特性进行了实验研究。实验结果表明,实时图像相减模式获得的模态条纹图对比度明显优于其他方法,得到的前10阶模态条纹图与有限元法计算结果具有良好的一致性。相比于电子散斑干涉法,数字剪切散斑干涉法对试样局部的刚度变化和缺陷更敏感。     

基于数字散斑技术的静刚度测量仪

静刚度是起重机械的一项重要安全指标,其主要测量参数为起重机大梁在空载与加指定载荷情况下大梁跨中挠度数值.在加载前后,大梁底部边界灰度特征保持稳定,利用数字散斑相关算法可以准确计算像平面中大梁边界移动量.在已知光学成像系统参数的情况下,由像平面中位移可精确计算大梁物面实际移动量.结合斜轴成像特点搭建了静刚度测量系统,并对...