基于改进遗传算法的星图畸变校正方法

由于光学成像系统的非线性几何畸变,使得星敏感器所获星图与理想星图有一定的差别,为完成高精度定姿,必须对畸变星图进行校正.首先,介绍了光学系统的畸变原理,并建立了以径向几何畸变为主的星图畸变模型.之后引入改进遗传算法对畸变参数进行了优化:采用引进成长算子的二进制编码,避免了算法陷入伪极值;通过改进适应度函数和适时调整变异...     

卫星红外遥感器辐射定标光机系统 热-结构耦合变形分析

辐射定标光机系统在模拟空间环境下的热变形直接影响定标光学系统成像质量,并决定星载遥感器辐射定标试验精度。文章建立的辐射定标光机系统有限元模型,以某卫星多光谱扫描仪辐射定标试验中的实测温度变化作为温度载荷,计算和研究了该系统在真空低温环境下的热-结构耦合变形的分布情况和分布规律。结果表明:在非均匀稳态低温环境下,该系统光学支架热变形使主镜及主反射镜发生刚性位移,引起垂轴方向位移、倾斜,黑体的离焦和光学系统焦距变化;反射镜表面畸变RMS值均为1/40波长以下,可以满足实际光学系统的面形准确度要求。     

基于Q型非球面的全景环带红外光学系统设计

全景环带光学系统凭借周视范围实时成像的特点已在超大视场光学领域中得到了广泛应用。传统的全景环带光学系统将折射、反射面集成在一片块状透镜中,光线在其内部进行多次折、反射导致头部单元体积较大,同时红外透镜材料密度大、折射率温度稳定性差等特点也与光学遥感器轻量化、可靠性高的应用需求相矛盾。文章基于像差理论,讨论了全景环带两反射镜红外光学系统头部单元初始结构设计方法,将Q型(Q-Type多项式)非球面引入全景头部单元增加优化变量,用偏离因子因子k_RMS数值表征非球面加工难度,设计了以两反射镜为头部单元的全景环带红外光学系统。该系统在奈奎斯特频率(20线对/mm)处调制传递函数优于0.5;全视场像元(25μm×25μm区域内)能量集中度优于65%,像质评价结果表明其成像品质良好。该设计在缩小系统体积、提高光学设计优化效率方面有很大的改进,满足超大视场实时成像的应用需求。     

浅谈温度变化对光学镜面的影响

环境温度变化将导致光学镜内的温度分布发生变化,文章分析了光学镜内不同的温度分布对其面形造成的危害,以及对光学系统成像质量的影响,对空间光学系统光学镜温度场设计具有一定参考价值.     

高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统设计

针对高空间分辨率、高光谱分辨率和大幅宽成像的遥感应用需求,提出了高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪技术方案,分析确定了成像光谱仪光学系统指标,设计了空间成像光学系统和光谱成像光学系统。空间成像光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案,实现了大视场、大相对孔径像方远心设计,系统相对畸变小于0.02%;光谱成像光学系统的狭缝长度超过90mm,采用新型离轴透镜补偿型Offner设计方案,实现了长狭缝高保真光谱成像设计,谱线弯曲和色畸变均小于1/10像元尺寸。设计结果表明,高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统简单紧凑,成像品质接近系统衍射极限,满足星载高光谱对地成像的数据应用要求。     

基于稀疏孔径的波前重构算法

稀疏孔径技术是一种检测大口径光学系统的有效方法,采用干涉仪和包含若干反射镜的稀疏孔径阵列对光学系统进行波前检测。文章针对基于稀疏孔径的波前重构进行了研究,从平衡效率和精度入手建立了数学模型,编制了相关的波前重构算法,通过数学仿真模拟了光学系统检测过程,对数学模型和重构算法的技术可行性进行了验证。采用该算法对测得数据进行处理,可由若干子孔径波前重构得到全口径波前,并且各子孔径波前均是在一次检测中得到,无须对各子孔径进行多次定位调整,方法简单高效。     

基于轨道角动量的电磁涡旋SAR成像新方法

为研究电磁涡旋波在合成孔径雷达(SAR)领域的应用潜力,验证电磁涡旋SAR成像的可行性,将电磁涡旋与合成孔径雷达模型结合,通过使用单一模式的轨道角动量,用合成孔径原理实现方位聚焦。给出了基于电磁涡旋的SAR几何模型和回波信号模型,并提出了适用于电磁涡旋SAR的改进chirp-scaling(CS)成像算法。通过点目标仿真分析,验证了所提成像算法的有效性。该方法可为SAR系统新体制设计及雷达的研究提供参考。     

异形遮拦光学系统衍射限MTF数值计算方法研究

根据光学系统理想光学传递函数(OTF)与光瞳函数P(x,y)的关系,文章提出了一种求取光学系统调制传递函数(MTF)的数值计算方法,以解决不能解析求解异形遮拦光学系统调制传递函数的问题。利用该方法可在光学设计初级阶段就能对光学性能进行预估,其中结合具体光学系统给出了若干计算实例并与该光学系统的实际指标进行了对比,基本一致,表明该方法可以在光学详细设计前实现较准确的光学系统成像性能预估。     

基于线性二次高斯控制器的空间相机高频像差校正

为补偿平台震颤、大气湍流等因素给大口径空间相机引入的高频像差,使其获得更高的成像品质,文章提出了一种基于线性二次高斯(LQG)控制器的自适应光学高频像差校正方法。该方法在经典比例积分(PI)控制器的自适应光学系统模型基础上构建了自适应光学系统的状态空间模型,以波前残差最小为目标函数设计了LQG控制器。通过数值仿真对比分析可知,相较于传统的PI控制器,基于LQG控制器的自适应光学系统能更好地补偿由于平台震颤等因素带来的如40Hz,60Hz,80Hz,100Hz和120Hz等频率的高频像差扰动。     

棱镜成像光谱仪色散特性研究

成像光谱仪在获得景物图像的同时,获得了其连续的光谱特性,具有图谱合一的特点。光谱分光是成像光谱仪关键技术之一。文章讨论了棱镜成像光谱仪的色散特性,以单棱镜为例研究了棱镜色散的非线性缺陷和系统像面弯曲的规律,分析了色散元件前的光学系统成像质量对系统色散的影响。     

Monitoring of facial stress during space flight: Optical computer recognition combining discriminative and generative methods

Astronauts are required to perform mission-critical tasks at a high level of functional capability throughout spaceflight. Stressors can compromise their ability to do so, making early objective detection of neurobehavioral problems in spaceflight a priority. Computer optical approaches offer a completely unobtrusive way to detect distress during critical operations in space flight. A methodology was developed and a study completed to determine whether optical computer recognition algorithms could be used to discriminate facial expressions during stress induced by performance demands. Stress recognition from a facial image sequence is a subject that has not received much attention although it is an important problem for many applications beyond space flight (security, human–computer interaction, etc.). This paper proposes a comprehensive method to detect stress from facial image sequences by using a model-based tracker. The image sequences were captured as subjects underwent a battery of psychological tests under high- and low-stress conditions. A cue integration-based tracking system accurately captured the rigid and non-rigid parameters of different parts of the face (eyebrows, lips). The labeled sequences were used to train the recognition system, which consisted of generative (hidden Markov model) and discriminative (support vector machine) parts that yield results superior to using either approach individually. The current optical algorithm methods performed at a 68% accuracy rate in an experimental study of 60 healthy adults undergoing periods of high-stress versus low-stress performance demands. Accuracy and practical feasibility of the technique is being improved further with automatic multi-resolution selection for the discretization of the mask, and automated face detection and mask initialization algorithms.     

感温蜡温控阀对航天器热控系统动态性能的影响

为了提高航天器热控系统的控温适应能力,提出了一种基于感温蜡温控阀的单相流体回路热控方法,利用感温蜡温控阀的全自动流量、温度比例调节特性实现温度控制。通过集总参数法建立感温蜡温控阀、热源载荷和空间辐射器等部件的数学模型,运用数值仿真方法分析该热控系统的温度动态特性。仿真结果表明,感温蜡温控阀的布局方式,以及感温蜡熔程、时间常数和温度延迟等热特性对单相流体回路热控系统温度动态性能有显著的影响,对基于感温蜡温控阀的单相流体回路优化设计提供了理论依据。     

空间遥感器的热／结构／光学分析研究

作为一个空间遥感器整机热光学（热／结构／光学）集成分析过程，对空间遥感器主要光机结构简化，进行导热特性分析和等效热阻计算；利用软件计算在轨道上典型工况的空间外流热和内热源分布；建立有限元温度场分析模型和结构热弹性分析模型，计算全机稳、瞬态温度场分布，均匀温度和特定温度场下的位移场，得到各光学元件的位移；利用光学分析程度计算的公差计算结果插值计算遥感器光学系统由于光学元件的热致刚体位移（离轴、轴向位移和倾斜）而产生的光学性能变化。     

星敏感器光学系统的热/结构/光分析

星敏感器是高精度的航天器姿态测量器件,其性能受太空温度环境的影响。运用有限元法和光线追迹法,建立星敏感器光学系统的热/结构/光分析模型,研究光学系统温度分布与星敏感器测量误差的关系,得到了算例光学系统在温度均匀分布条件下的温度变化以及轴向温度梯度变化、侧向温度梯度变化与星敏感器测量误差的关系曲线;给出了算例光学系统热误差小于角秒量级的温度条件:均匀温度分布条件下温度变化量≤10℃、轴向温度梯度≤0.1310℃/mm、侧向温度梯度≤0.0325℃/mm,为高精度星敏感器光学系统热控制提供科学的依据。     

基于光学/脉冲星的木星探测转移段自主组合导航

提出一种基于光学/X脉冲星的木星探测器转移段自主组合导航方案。该方案在探测器转移段动力学模型的基础上,以地球、火星、木星、木星卫星以及X射线脉冲星作为观测目标,从待观测目标的几何分布、视星等以及导航精度几个方面,分析光学自主导航待观测目标的可观测条件和可观测度,优化选取最优的光学观测目标;结合X射线脉冲星观测信息,构建光学/X射线脉冲星组合导航方案;结合无迹卡尔曼滤波算法,应用于木星探测转移段,实现探测器位置和速度估计。从数学仿真结果来看,该组合导航方案状态估计精度显著优于单独使用光学导航或者X脉冲星导航系统。     

基于轨道角动量的星间激光通信技术

介绍了将轨道角动量（orbital-angular-momentum, OAM)）作为新复用维度的星间激光通信系统设计。轨道角动量理论上具有无限种模态且各模态间两两相互正交,这意味着基于OAM复用的通信系统可大幅度提高频谱效率和信道容量。分别对星间激光链路的发射机和接收机的实现架构进行了介绍,发端采用无衍射贝塞尔-高斯光束进行编码、调制和OAM多路复用;收端利用具有与发端相反的螺旋相位移除OAM光束的方位角相位以恢复光束的平面相位波前,并通过光电探测器、解调器和译码器来恢复数据。此外,还分析了多普勒频率、卫星摆动和背景噪声等因素对于系统的影响。提出的基于OAM技术的星间激光收发系统设计方案对于未来大容量星间通信系统设计与实现具有重要意义。     

基于地月信息的奔月探测器自主光学导航

基于地月信息提出了一种奔月转移轨道的自主光学导航算法。该算法首先利用导航相机得到的地球和月球边缘图像与地、月几何形状模型，运用扩展源的空间获取算法导出地心和月心对应的像素，然后利用地心和月心像素、探测器的惯性姿态和该观测历元的地、月星历信息，通过基于UD分解的递推加权最小二乘算法确定了探测器轨道。还引入导航系统的可观度定义来分析了导航系统的可观性，数学仿真结果表明导航的位置误差小于30km，速度误差小于0．3m／s，证明该自主光学导航算法是有效的。     

火箭发动机试验红外测温技术应用

目前发动机试验温度参数主要采用接触式测量方法,测温元件直接与被测对象相接触,优点是测量精度高,缺点是试验过程传感器经常损坏或脱落,且高温和腐蚀性介质影响感温元件的性能和寿命。根据发动机试验任务的要求和液体火箭发动机试验的特点,结合先进的分布式无接触式测量及光纤传输的技术,设计并建立了红外热成像测量系统。该系统采用无损、无线测量及光纤传输方式,提高了发动机热试车恶劣环境条件下关键部位温度参数的获得率,为全面研究发动机工作过程温度场分布情况奠定基础。     

Non-intrusive methods for temperature measurements in liquid zones in microgravity environments

Material Science and Life Science experiments in microgravity both have urgent needs of evaluating the temperature distribution within and on the surface of liquid zones. Non intrusive methods are available which measure the IR radiations emitted by the surface. The thermograph systems have a number of advantages since they supply a thermal picture of the surface with sufficient time, space and temperature accuracy. A computerized system has been designed for data acquisition and elaboration and used for ground experiments; the system can also be used for space experiments with some modifications. Non intrusive measurements of bulk temperature in two dimensional liquid flow fields can be made by means of optical methods which detect variations of the index of refraction. A method is proposed which is able to take with the same optical apparatus shadowgraph. Schlieren and differential interferometers pictures. A computerized system is proposed for data acquisition and elaboration.     

分布式光纤测温系统及高速数据采集与处理

分布式光纤测温系统是一种用于实时测量空间温度场分布的光纤传感系统 ,在系统中 ,光纤本身既是传输媒体也是传感媒体。讨论了系统的工作原理、设计思想、系统构成、高速数据采集以及瞬态采样平均技术 ,该系统已应用于石油测井。