基于焦面哈特曼波前传感器的大视场高精度波前测量技术论证

气动光学效应容易对导引头目标成像跟踪系统产生不良影响,然而传统哈特曼波前传感器由于探测视场小,无法作用于导引头的目标成像跟踪系统。文章介绍了一种能够大视场测量的焦面哈特曼波前传感器,同时针对在焦面哈特曼中传统模式法无法高精度测量的问题,提出一种能够高精度测量的优化波前复原算法——基于Gerchberg-Saxton迭代的波前复原算法。然后根据满足大视场测量的结构设计,搭建了仿真平台,利用优化的波前复原算法对仿真输入像差进行复原。最后,利用多个激光器搭建了大视场波前复原实验平台并验证了焦面哈特曼波前传感器具有能够实现高精度的大视场波前测量的能力。     

太阳帆板平面度测量系统

介绍了一种采用斜光学三角形测量结构和基于虚拟精密测量基准的太阳帆板平面度无接触测量系统.首次提出斜光学三角形测量结构,使得测量系统的测量面积和分辨率大大提高,从而实现了对大面积平面平面度的高精度无接触测量.提出的虚拟精密基准的建模与误差补偿技术,解决了在非精密基准上实现精密测量这一难题,使得所研制的测量系统利用现有平台可实现对太阳帆板平面度的高精度测量.此外,对测量光斑位置估值精度与光斑图像尺寸大小和能量分布之间的定量关系进行了分析,为激光光斑的优化设计提供了理论依据.实际测量结果表明,该测量系统对面积为2581mm×1755mm太阳帆板的平面度测量精度达0.02mm(RMS).     

方棒照明系统的光学扩展量传递分析

为优化方棒照明系统的整体性能,基于非成像光学的光学扩展量,对方棒尺寸与后继光学系统进行匹配,分析了光学扩展量经方棒传递后的变化.理论分析和实验表明方棒的截面尺寸与入射光斑的半径在一定比率时系统具有最大光能利用率,在理想情况下方棒截面高度与入射光斑半径的最佳比率为1.535,实际系统中该比率需适当修正.据此,提出了限制光斑进入方棒以提高整体照明系统效率的方法.      

多谱段全日面极紫外成像仪

在极紫外波段对太阳进行成像观测是研究太阳活动、日冕中等离子体物理特性的重要手段.传统极紫外成像仪或光谱仪无法同时实现高光谱分辨率和大视场的太阳成像.本文设计了一种新型太阳极紫外多谱段成像系统,采用无狭缝光栅分光方式实现了高光谱分辨率和空间分辨率的全日面成像,成像视场可达47',光谱分辨率每像素2×10-3 nm,空间分辨率每像素1.4',全日面时间分辨率优于60s.通过分析谱线的全日面成像图和系统响应,表明成像仪能大范围的观测太阳活动形态演化,为太阳物理研究和空间天气预报提供更完整的观测数据.      

回归反射球基准尺校准技术研究

回归反射球基准尺广泛应用于数字近景摄影测量系统的标定。提出了一种回归反射球基准尺校准方法,建立了由三路激光干涉仪、高分辨率双远心成像瞄准模块、高精度直线气浮运动机构等组成的测量系统。对名义值为500mm、1000mm、1500mm、2000mm的4种规格回归反射球基准尺进行了长度测量实验,结果表明该方法可以满足回归反射球基准尺的校准要求。     

基于反射的分布交互仿真软件框架

软件框架需要在领域内不同的应用环境中使用,因此框架的适应性是其非常重要的质量属性.将反射技术引入建模与仿真领域,通过将支持大规模分布交互仿真系统开发的软件框架进行体系结构级的反射,解决了系统结构动态演化和运行时扩展问题;通过对仿真模型进行组件或对象级的反射,解决了模型的动态表示和行为演化问题.通过将反射塔构造为一个数据仓库对反射模型进行集中管理和统一接口访问,使系统在体系结构模式上表现为以数据仓库为中心,改善了反射系统的安全性,同时提出了一种新的基于反射数据库的软件设计模式.利用RTI的服务去维护分布的仿真节点的反射数据库,简化了系统的实现,同时也封装了RTI,从而构造了一个比HLA更高级和友好的分布计算和仿真环境,为仿真应用系统的快速开发提供了强有力的支持.      

光电跟踪仪光轴一致性测量装置

设计了大口径离轴抛物面镜平行光管光学系统,研制了基于CCD图像采集处理的激光光斑中心坐标提取系统,研制了基于光栅尺的位移闭环控制系统,建立了光电跟踪仪光轴一致性参数测量装置。装置可用来测量光电跟踪仪激光发射轴、电视成像系统、红外成像跟踪系统三轴的一致性,测量不确定度为0.02mrad。     

基于C-lens的光子带隙光纤准直器传输特性

研究了一种基于C-lens的光子带隙光纤准直器,由于光子带隙光纤准直器光纤端面没有反射,相比普通光纤准直器,其传输矩阵将发生变化。从高斯光束单透镜成像的一般模型出发,利用矩阵光学,在子午面和弧矢面推导了光线传输矩阵。结合实际应用中光子带隙光纤及C-lens透镜的参数,仿真分析了尾纤与C-lens透镜之间的间距及C-lens透镜的参数对工作距离和束腰直径大小的影响,理论得到了新模型下,光子带隙光纤准直器的出射光斑在子午面和弧矢面束腰直径和工作距离近似重合,相比普通光纤出射光斑的椭圆化程度小。研究结果对进行光子带隙光纤准直器及基于光纤准直器的光学器件设计与制作具有指导意义。     

射电天文望远镜的焦面阵设计

为使射电天文望远镜的视场得到扩大,分析望远镜的视场时对天线的反射面提出共形网格剖分法,对物理光学法的常规计算方法进行了改进,使计算精度得到提高,且剖分网格少.采用改进的算法计算了WSRT望远镜的焦面场,并根据计算结果设计了WSRT望远镜的致密焦面阵结构;用共轭匹配法对阵列单元加权、计算相应的远场方向图,并与采用单个馈源时的远场方向图作比较.结果表明采用致密焦面阵能扩大视场并保证视场连续,增益也得到提高.      

红外地平仪的视场扩展

本文在大量实验的基础上,对用热敏元件敏感面作视场光阑的地平仪探头的视场特性进行了分析,总结了视场扩展的一些规律。作者对热敏元件浸没介质层热传导是视场扩展的主要原因的观点表示怀疑。通过实验,在视场扩展的差异和热敏元件结构的关系方面有所发现,并作了相应的分析。文中还提出了大气强烈吸收带引起的背景干扰及其对视场扩展的测试影响问题。提出这一观点对如何估计地平仪在外层空间受太阳干扰的程度,具有重要意义。在对视场特性进行分析的同时,作者还对在探头中设置机械视场光阑改善视场扩展问题提出了自己的看法。     

一种基于有限视场的移动机器人避障路径规划算法

 提出一种基于传感器的移动机器人避障路径规划算法。考虑到传感器存在视场范围限制的问题,算法仅利用当前单一视场内的有限环境信息,采用两种搜索模式,以机器人当前的运动方向、障碍物边界端点数据及目标点所在方向为依据,在当前视场中搜索合适的路径。这两种搜索模式保证了路径最终收敛到目标点。最后,通过仿真实例验证了算法的有效性。     

CCD星敏感器光学系统设计

介绍ＣＣＤ星敏感器用光学系统设计的参数选择,光学系统的设计光谱范围０．４８、０．８５μｍ;焦距为７５ｍｍ,Ｆ／１．４４,视场８．５°。该系统为复杂化的Ｐｅｔｚｖａｌ结构形式;以点列图能量集中度和能量重心偏评价光学系统的成像质量。所选用的ＣＣＤ芯片像元尺寸为２３μｍ×２３μｍ,像元数３８４×２８８,全视场内混色光点列图能量重心偏最大值１．６μｍ,对应于４．３９角秒。     

环月卫星成像敏感器对月姿态确定算法

紫外月球敏感器是大视场成像式敏感器,针对姿态确定算法,以MOSAIC可见光成像敏感器为例分析了传统圆拟合模式的适用性与不足;推证出在低轨道情况下曲线拟合出的月像几何中心与真实月心(nadir)不能等同;依据成像几何分析通过泰勒展开公式推导并提出了新的姿态角运算方法,保证了低轨道姿态运算精度;仿真结果显示新算法的姿态运算是非常有效的。     

日冕能量中性原子编码调制成像方法应用

针对空间天气活动机理、机制及规律等方面研究需要，Kuafu卫星计划提出对日冕中性原子进行成像观测.通过分析日冕中性原子观测的科学意义和观测方法，采用编码调制方法进行日冕中性原子成像，并依据科学指标完成了整个仪器初步方案设计和仿真计算.仪器测量的中性原子能量范围为0.5~6MeV，视场范围为360°×10°.利用高压静电偏转电极板去除测量范围内的带电粒子，仪器由m序列编码调制栅网与硅半导体构成的成像结构及电子学箱共同组成.编码成像方案和仿真计算奠定了日冕中性原子成像观测的技术基础，可为空间天气中长期规律及预报等研究提供技术手段.      

高动态条件下星点像斑建模与补偿

高动态条件下星点提取有两个难点：一是暗弱星点目标湮没在噪声中不易识别，质心定位精度较差；二是星点像斑可能断裂，无法用常用的连通域算法提取。针对上述难点，本文建立了高动态条件下星点像斑模型，提出了基于该模型的像斑补偿与质心定位提取算法。该方法分为四步：第一，利用卡尔曼滤波实现星点像斑静态模板的实时迭代；第二，基于静态模型与星点运动模糊模型建立星点像斑动态模型；第三，以动态模型作为模板在恒星跟踪窗口内进行相关性匹配以确定星点像斑位置；第四，基于动态模型补偿星点像斑，并计算质心位置。实验结果表明，该方法能有效解决高动态条件下暗弱星点提取与断裂残损星点修复问题。相比传统算法，姿态精度误差均值减少了40.9%，最大误差减少了81.2%；星点提取率达到100%，提高174.5%，提取星数相比阈值分割与连通域法提高了173%。     

大角速度条件下星像运动轨迹建模及误差评估

在大角速度条件下星敏感器成像平面上的星像会产生严重拖尾,影响星敏感器性能。为了全面认识星敏感器的星像运动轨迹形式,并定量评估星像运动对星点提取过程的影响,首先研究建立了星敏感器成像平面上星像运动轨迹的数学模型,推导出在成像平面上星像运动轨迹为一段圆弧;然后建立了星像运动时的能量分布模型,并对大角速度条件下基于质心法的星点坐标误差进行了评估,分析得到星点坐标误差的模近似可用星像运动轨迹长度的二分之一来衡量。仿真实验结果验证了所得结论的正确性。      

HXMT卫星快视成像

硬X射线调制望远镜(Hard X-ray Modulation Telescope,HXMT)的最重要的工作模式是扫描观测,包括巡天扫描观测和小天区深度扫描观测. HXMT的标准成像需要被观测天区完整的二维扫描观测数据,而同时利用HXMT的观测数据中包含的空间调制信息和旋转调制信息,快视成像可以在只有一维扫描的情况下获得被观测天区的较粗略的流强分布,从而可以在卫星的视场扫过一块天区后很快给出被观测天区的尽可能多的信息.本文详细介绍了快视成像的过程,并通过模拟计算给出了巡天扫描观测快视成像的灵敏度、定位精度和角分辨能力的分布.快视成像能提高HXMT发现暂现源的灵敏度,及时发现并定位出现在HXMT视场中的高能爆发现象,减少较强的暂现源和爆发对标准成像干扰将是标准成像的重要补充.      

“高分五号”全谱段相机可展开定标漫反射板设计

为了对“高分五号”卫星全谱段光谱成像仪的太阳反射谱段辐射性进行长期监测与校正，并针对其谱段范围宽、精度要求高、口径大、使用寿命长等特点与要求，优化设计了可展开的漫反射板进行全光路全视场的辐射定标。定标漫反射板安装在相机光学系统的前端侧面，不影响相机正常成像，在定标时通过驱动机构展开漫反射板到相机前端，根据“高分五号”卫星轨道特点、定标能量要求及相机安装矩阵等设计定标漫反射板展开角度为39°。研制了430mm×430mm大尺寸聚四氟乙烯漫反射板组件以保证在展开时满足全光路全视场的定标，漫反射板在420～2400nm光谱范围内半球反射率高于95%，在相机观测方向BRDF变化优于25%。同时，设计了漫反射板稳定性监视辐射计用于监测漫反射板在轨性能衰减，监测精度15%。在轨定标精度分析为476%，满足指标要求。