用于无运动部件变焦的球面变曲率镜设计及试验

将无运动部件变焦技术引入空间光学相机的设计中,能够在不干扰卫星平台工况的情况下使空间相机在通过目标区域上空时获取蕴含有目标不同层次信息的图像,从而为后续的识别、判读甚至超分辨率重建提供依据。无运动部件变焦的关键在于：基于光学杠杆效应的光学设计和可以产生较大尺度曲率变化的变曲率反射镜。目前已设计出一种无运动部件变焦原型光学系统,其中变曲率反射镜的有效口径不超过100mm,初始曲率半径为1740mm,且具备曲率增减双向变形能力。文章针对上述指标,设计了变曲率反射镜,并进行了有限元分析,利用具有高韧性、高抗拉断性以及高极限许用应力的碳纤维复合材料研制了反射镜,通过与13点高精度压电驱动器的集成,最终实现了变曲率镜的研制。试验结果表明,该球面变曲率镜可以实现1705~1760mm的曲率半径变化,对应的中心形变量接近23μm,优于国外同等规模器件所能达到的水平。     

球面镜折反射全向视觉系统理论研究

对球面镜折反射全向视觉系统的某些理论问题进行了研究。建立了球面镜系统的投影模型;推导了系统的垂直视场角和系统各参数问的关系;使用逆坐标映射方法对全向图像进行展开;建立了实验系统,最终验证了球面镜系统的应用意义。     

基于乘子法的微机械薄膜变形镜电压求解方法

为了解决微机械薄膜变形镜控制电压容易超出可行域范围的问题,提出了一种基于秉子法的电压求解方法.将控制电压求解的约束最优化问题,转化为求解一系列无约束最优化问题.该算法不但保证了最优解一定在可行域范围内,消除了常用算法采用"截止电压"方法带来的误差,而且还克服了罚函数法因惩罚因子取的太大而带来的病态问题.搭建基于OKO公司37通道微机械薄膜变形镜的自适应光学实验系统,分别以模拟眼和人眼出射渡前为入射畸变波前进行实验.与常用算法进行对比分析,结果表明,来子算法在稳定性和快速性上更优,为搭建小型化、低成本的人眼波前像差校正系统提供了算法支持.     

轻型球面反射镜面形检测支撑设计仿真分析

文章针对轻量化程度较高的SiC空间反射镜,探讨了其在重力环境下反射镜面形检测所需要的卸载支撑方法。为了使重力对反射镜面形精度的影响降低到可接受范围内,在光轴竖直时,将支撑结构对反射镜的作用简化为卸载力,优化力的数量、位置及大小,使反射镜面形精度达到近似零重力情形,并分析了反射镜水平倾斜0.5°、1°时,反射镜面形对位置误差的敏感程度;光轴水平时,在对反射镜设计支撑结构的同时,加入3点、6点辅助卸载力来降低残余重力影响,使反射镜面形接近无重力情形。通过Patran/Nastran软件建立反射镜模型并进行仿真计算,输出反射面各结点坐标值及变化量,用Matlab程序计算出反射镜面形精度,结果表明优化后的设计结果满足指标要求。     

薄膜二次表面镜热控涂层的辐射物性分析

认识热控涂层的热辐射物性对航天器热控制设计具有重要指导作用。文章根据薄膜二次表面镜涂层的吸收与反射过程分析,建立模型方程,结合已有的太阳吸收比、红外发射率等表观数据,采用非线性参数最小二乘法获得了薄膜材料的吸收系数和反射率等辐射物性,并分析了厚度对热控涂层太阳吸收比和红外发射率的影响。研究结果表明,聚酰亚胺薄膜对太阳光的表面反射率为0.571,吸收系数为19.343 mm-1,对红外辐射的表面反射率为0.227,吸收系数为39.615mm-1;F46薄膜对太阳光的表面反射率为0.744,吸收系数为0.757mm-1,对红外辐射的表面反射率为0.111,吸收系数为9.240mm-1。     

基于半导体可饱和吸收镜的耦合光电振荡器

针对微波光子射频系统对高质量的高重频光脉冲的迫切需求，提出和研究基于半导体可饱和吸收镜的耦合光电振荡器，利用饱和吸收效应有效抑制超模噪声，有效改善耦合光电振荡器中超模噪声带来的光脉冲抖动问题。对半导体可饱和吸收镜抑制噪声的机理进行理论分析，并搭建实验系统，实现重频为10.6 GHz的光脉冲产生，超模抑制比达到55.3 dB，相应射频信号的边模抑制比为79.7 dB，相位噪声为-108 dBc/Hz@10 kHz。该方案创新性地将半导体可饱和吸收镜引入耦合光电振荡器中，实现对超模噪声的抑制，并为系统的小型化和集成化提供了关键技术支撑。     

Design and feedforward control of large-rotation two-axis scan mirror assembly with MEMS sensor integration

As a key component of electro-optical systems, a Two-axis Scan mirror AssemblY(TSAY) is usually used for Line-of-Sight(LOS) precision pointing, tracking, scanning, and stabilizing. Therefore, it is necessary for a TSAY to have a large angular range, high dynamic characteristics, and small mirror surface distortion. Furthermore, vibration from carriers of electro-optical systems, such as spacecraft and airplanes, is inevitable, so it is critical to guarantee the control accuracy of a TSAY under vibration. In this paper, a TSAY prototype is designed and developed. To increase the control bandwidth, structural topology optimization is applied to the TSAY's elliptical mirror to reduce the moment of inertia, meanwhile keeping surface flatness. A flexible hinge is adopted to achieve a large angular range. To suppress the angular perturbation caused by the base linear vibration, an adaptive feedforward loop with base-integrated Micro-Electro-Mechanical System(MEMS) accelerators is constructed to enhance the TSAY's feedback loop. Simulation and experimental results show that the TSAY prototype's two-axis mechanical angular ranges are more than ±3.2°, the mirror surface flatness Root Mean Square(RMS) value is better than 0.04 k, and the closed-loop bandwidth is beyond 330 Hz. These are suitable for most applications. Besides, the angular perturbation caused by the base vibration can be suppressed more than 37.7% with the addition of the adaptive feedforward loop.     

基于自适应LMS算法的空间光束快速精扫描跟踪控制方法

针对空间精密光学领域与国防应用对高精度快速光束控制的需求，给出自适应最小均方（LMS）算法对压电快摆镜进行光束扫描跟踪控制。首先描述了自适应LMS控制算法及快摆镜模型辨识方法，随后仿真分析了不同频率及迭代步长对自适应LMS算法跟踪控制的影响，最后采用自适应LMS算法进行了压电快摆镜辨识及扫描跟踪控制实验。实验结果表明，自适应LMS算法对2Hz、10Hz及其复合谐波信号扫描的跟踪误差分别为2.5%(3σ)、1.9%(3σ)和2.4%(3σ)，控制效果均优于PI控制算法。这种自适应LMS算法能有效跟踪多频扫描信号，为高精度空间光束快速扫描跟踪提供了一种可靠的技术手段。     

基于二维微扫描镜的平视显示系统研究

平视显示系统是一种目前普遍运用于航空器上的飞行辅助器,它能使飞行员不用低头就可以看到仪表上的重要信息.针对传统平视显示系统体积大、生产成本高等不足,提出一种基于二维微扫描镜的平视显示系统.通过对二维微扫描镜的振动频率与平视显示图像的稳定性、分辨率、刷新率之间关系的分析研究,初步实现基于二维微扫描镜的平视显示系统的搭建,并成功完成一个常见标志的成像,证明基于二维微扫描镜的平视显示系统的可行性.     

复杂全机带多个外挂物气动力数值计算

把镜像理论用于计算机翼与机身，机翼与外挂物的气动干扰，并开发了复杂全机带多个挂物的面元生成程序。