光学稳像系统颤振抑制性能的分析与设计

光学稳定成像方法是一种用于隔离视轴颤振对成像质量影响的综合处理技术,它结合传统光学与反馈控制理论,通过闭环控制系统驱动在光成像通路内的动态校正机构补偿探测视轴与成像焦面间的相对运动,进而有效提升成像质量。文章首先建立了光学稳像系统的回路模型,并在此基础上,根据控制系统稳定性判据导出了颤振抑制函数的设计约束,分析了像移测量延时特性、测量精度特性及校正机构动态性能对颤振抑制带宽的影响。文章进一步给出了一种光学稳像系统颤振抑制带宽的设计方法,该方法针对视轴颤振的功率谱密度、像移探测性能和光机校正机构的动态性能完成了颤振抑制带宽的优化,从而可最小化颤振补偿残差。最后通过试验验证了文中分析结论和设计方法的有效性。     

六自由度并联机构位姿调整灵敏度分析

文章针对六自由度(6DOF)并联位姿调整机构,构建一种基于杆–台夹角的误差传递新模型,建立了位姿调整与杆长驱动控制间的对应关系,并基于对误差模型中传递矩阵的奇异值分解,提出位姿–杆长灵敏度分析方法。最终通过仿真验证了该方法的有效性。与传统方法相比,文章提出的方法运算更为简单,可快速得到机构的灵敏度特性,从而为六自由度并联机构构型设计及其杆长控制精度要求分析提供理论依据。     

基于图像的高精度实时光学稳像控制系统

针对空间CCD相机由于平台振动造成的成像模糊问题,研制了一套光学稳像控制系统。利用高速CCD帧频高特点,结合基于图像的像移测量原理,设计了像移补偿闭环控制算法,实现了光轴的稳定控制,从而实现了相机稳定成像,提高图像清晰度。实验结果表明稳像控制系统动静态性能稳定,在一定带宽范围内有效减小甚至消除了平台振动对相机成像品质的影响。     

基于改进型重复控制的光程扫描控制系统设计

为获取高分辨率、高准确度的精细光谱,在光谱探测系统中,需要实现大光程差,高平稳的往复扫描调制;扫描过程是由电机驱动。文章通过分析扫描特性,建立了永磁同步直线电机的数学模型,设计了速度反馈环和比例积分控制器的位置反馈环。鉴于电机机械轴承存在摩擦,会产生周期性干扰力矩,造成速度波动,文章提出改进型重复控制方法进行抑制。仿真结果表明,当角镜往复扫描时,与PI控制器相比,改进型重复控制器能够根据每个周期的误差值调整控制量,经过3个周期将速度波动降低了73%;当系统存在周期性外界扰动时,速度调整能力提高了40%。所提出的方法能够实现干涉光程差扫描的匀速性,对干扰力矩有较强的自适应能力,为伺服系统跟踪或抑制重复性外激励信号提供借鉴。     

Delta-Sigma调制器在空间指向镜位置伺服系统中的应用

在目前的空间指向镜位置伺服系统中,数字控制器输出脉宽调制（PWM）的量化误差会导致指向出现小幅角度振荡,使得指向的稳定性降低,进而导致光学遥感成像质量发生退化。针对航天器工程实现的特点,将 Delta-Sigma 调制器引入到数控软件中,在不改变硬件电路与系统参数的前提下,显著的降低了输出量化误差对伺服系统的影响。Matlab仿真结果表明,该方法可使指向镜的指向角度振荡幅值衰减至原来的1/5以下,有效地提高了指向镜的指向稳定性。     

星载相机地面电性能测试系统的设计与实现

根据新型相机结构复杂、载荷多的特点，针对性地设计并实现了一种新型星载相机的电性能地面测试系统。分析并总结了地面测试系统的设计需求，并且针对新型相机测试的全面性要求，设计并实现了整星和多种载荷的模拟接口；针对新型相机测试的可靠性要求，提出了冗余网络切换的测试系统设计方法并解决了数据库访问冲突的问题；针对新型相机测试的安全性要求，提出了针对冗余链路的测试方法和错误注入的测试方法。该系统已经成功配合完成了某高轨型号星载相机的研制，并交付使用。试验证明测试系统功能全面稳定，连续测试72h误码率为0，能够满足新型相机全面性、可靠性、安全性的测试需求。     

一种新的连续面形变形镜的解耦控制方法

文章针对空间遥感器镜面由于应力释放和温度变化等引入像差的问题,利用连续表面变形镜校正像差展开解耦控制技术研究。对于基于Zernike系数求解影响矩阵的传统方法的波前复原精度有限的情况,文章提出了一种新的直接波前影响矩阵的变形镜解耦方法,适用于点阵表达的波前面形和Zernike多项式表达的波前面形。经过仿真验证,该影响矩阵解耦方法比基于Zernike系数方法的解耦精度高、稳定性好。文章在新的直接波前影响矩阵的基础上,讨论了采样方式与驱动器分布对拟合面形的影响,论证了驱动器的三角分布比四角分布更适合拟合面形。同时通过仿真分析,得出当变形镜要实现的面形采样点数足够时,求解精度的提升效果有限的结论。这些研究成果可为连续表面变形镜对空间遥感器的像差校正提供相应的技术支持。