美国火星激光通信系统分析

空间光通信因其体积小、质量轻、数据率高,已经得到世界各国的普遍重视,尤其是进地卫星光通信系统的在轨实验的成功,使人们建立起用激光进行深空通信的信心,而我国的深空光通信技术起步较晚,因此在深空光通信系统的设计,元器件的选用方面有必要参考国外的深空光通信系统,因此本文对美国最新研制的火星激光通信演示系统(MLCD)进行全面分析,重点分析了该系统跟瞄(PAT)子系统,通信子系统,地面接收端的工作原理和工作方式,对系统中采用的新器件、新技术进行了详细的分析,在此基础上,对该系统的可靠性和可行性进行了分析,给出了未来深空激光通信技术研究的发展方向,为我国将来开展深空光通信的研究提供参考．     

Optomechanical optimal design configuration and analysis of glue pad bonds in lens mounting for space application

Optomechanical systems are very complex requiring a high degree of accuracy. The carrier structure of an optical system is required to maintain the position of the optical components with respect to each other within the design tolerances. The most common loads on optical systems are self-weight, due to gravity orientations, and temperature ranges, due to exposure to rapidly changing temperatures from very cold to very hot and during launch. The fixing should ensure mechanical stability and thus accurate positioning in various gravity orientations.In order to ensure reliability during a space flight mission, the optomechanical engineer must understand the requirements of the space flight environment as well as the physics of failure of the optical components themselves; this can minimize the risks of on-orbit failure.This paper focuses on the optomechanical optimal design lens mounting using glue pads bonding. The main idea of this research study is to obtain an optimal choice of the position of the glue to fix the lenses on the barrel in such a way that we obtain a configuration of the optical assembly performance with less stress.In this paper, an investigation was performed using several methods including (thermo-elastic analysis, the margin of safety and lens distortion analysis). The results show that the position with six contacts glue pads is the best configuration compared to other configurations. This solution can be very helpful for decision-makers and optical engineers during the development phases of space optomechanical systems.     

嫦娥三号着陆器有效载荷

嫦娥三号着陆器配置了地形地貌相机、月基光学望远镜、极紫外相机、降落相机等四种科学探测有效载荷.介绍了有效载荷的科学探测任务、系统设计方案和系统组成,描述了各有效载荷的方案设计和主要技术指标等.      

数字闭环光纤陀螺振动误差分析

光纤陀螺的振动误差直接影响其使用精度.为解决振动问题,分析了陀螺振动特性的主要误差源.推导了闭环光纤陀螺光功率和输出关系的表达式,得出了光纤缺陷以及光纤、器件尾纤受振动产生寄生应力导致传输光偏振性能和光强变化是引起振动误差的根本原因的结论;对陀螺振动性能受结构谐振的影响进行了有限元分析和试验验证;提出了改善光纤陀螺振动性能的具体措施,包括光纤环及尾纤固化工艺、优化结构设计以及改进闭环控制.结果表明,经改进后的陀螺,振动条件下其动态精度接近静态指标,满足使用要求.      

弹载微小型化三轴一体光纤陀螺组合设计

为满足新一代导弹用三轴一体光纤陀螺组合高精度、集成化、高可靠等技术要求,通过采用光学及电子元器件系统级封装技术（System In a Package,SIP）实现陀螺敏感组件模块化设计,采用陀螺敏感组件热隔离设计等方法,在优化三轴一体光纤陀螺组合返修性和总体设计接口适配性的前提下,提高了产品角速度测量性能指标。产品实测零偏稳定性达到0.037o/h,冲击振动及温度环境适应性优异,并与导弹飞行控制系统集成实现光电探测、惯性导航及姿态控制等功能。     

紧凑型横向变焦系统关键器件的设计方法与功能验证

变焦系统可实现连续的光学变焦,可对不同景深的目标实现连续成像。在焦深延拓和光学检测等领域具有广泛地应用和发展潜力。本文提出了一种紧凑型可实现连续变焦功能的扁平化位相衍射元件,并设计分析和验证了横向调制相位型变焦衍射元件的功能。通过标量衍射基本理论模型,借助菲涅尔波带和多台阶相位衍射元件的设计方法,实现了横向变焦关键器件的设计仿真和实验验证。并以多波长响应的空间光调制器为基础,搭建了器件相位调制验证实验系统,通过测试证明了所设计器件的变焦能力,仿真和实验测试均可实现5倍变焦目标的有效调制。     

卫星光学敏感器视场遮挡分析工具设计

在卫星构型设计中,要进行视场遮挡分析来判断光学敏感器是否会因为受到卫星其它部件的遮挡而失效.为了取代以往低效的手工分析方法,设计了卫星光学敏感器视场遮挡分析工具.介绍了该工具的设计方法及功能.工具基于三维CAD软件SolidWorks,并以动态链接库(DLL,Dynamic Link Library)的形式与SolidWorks紧密集成.在设计中运用了计算机图形学原理,利用SolidWorks API函数和Visual Basic编程语言进行二次开发.工具能够在SolidWorks中对卫星装配体执行以下敏感器视场遮挡分析功能:定义敏感器视锥特性参数,绘制视场遮挡图和计算视场遮挡率.     

特高压线路干扰下无线电罗盘测角误差分析

特高压输电线路的电晕放电是机场无方向信标台的主要干扰源之一。根据无线电罗盘的工作原理,在特高压输电线路电晕干扰条件下,通过理论推导得出了无线电罗盘测得的电台相对方位角误差。针对无方向信标台不同频率、台站与输电线路间不同的距离,对无线电罗盘受干扰影响产生的测角误差进行了仿真分析。研究表明：电晕放电干扰下,机载无线电罗盘测得的电台相对方位角误差随距离的增加而增大,随频率的增加而减小,且变化趋势由陡峭逐步趋近平稳。     

某高空飞艇光学吊舱热状态及飞行策略研究

使用光学遥感设备开展地球大气层临边观测是研究中高层大气目标特性变化规律的重要手段之一.光学遥感设备的热状态对其光学精度及系统信噪比控制至关重要,能够直接影响观测数据质量乃至观测任务的实现.针对中高层大气OH自由基超分辨空间外差光谱仪在高空飞艇平台探测的热状态需求,分析了光谱仪吊舱的热环境,给出了光学吊舱的热平衡控制方程,并对上升/下降段和平飞段先后开展了热状态计算,得到光学吊舱在不同状态下的温度变化规律、光电部件的温度场等计算结果.结果表明热控方案能够满足光谱仪的热状态需求.根据热状态分析计算结果,制定了飞行前后及飞行过程中光学吊舱的热控策略.本文分析方法和飞行策略可为同类飞行设备热控状态设计及研究提供数据参考.      

高分辨率立体测绘相机系统热控设计及验证

高分辨率立体测绘相机的光学系统及探测器的温度稳定性影响测绘相机的测绘精度。针对透射式光学系统,采用多级外热流抑制技术,使星相机透镜的温度稳定性提高了6倍;针对反射式光学系统,采用间接辐射式控温等热控技术,使主镜、次镜的温度稳定性达到±0.3℃;针对大功率电荷耦合元件（CCD）,采用基于环路热管（LHP）的节能型控温技术,在满足温度指标的前提下使环路热管驱动功率的周期平均值由60 W降低至33.8 W,同时节省约40%的主冷凝器面积及质量;针对CMOS,采用两级温度波动抑制技术,使其温度稳定性达到±0.3℃。研究了地面热试验的方法,报告了测绘相机系统关键部组件在极端空间环境下的在轨数据,全面验证了热控设计方法的正确性。     

卫星光学敏感器视场有效性分析工具设计

为了提高分析的效率和准确性,基于SolidW orks平台开发了一个卫星光学敏感器视场有效性分析工具.该工具用于分析敏感器在卫星任务期间是否会因为视场问题而失效,以及何时失效.敏感器有效性分析所涉及的问题有:有效性判断的3个层次——敏感器系统、敏感器组和单敏感器的有效性判断;遮挡问题——敏感器会受到卫星部件或目标的遮挡;反光问题——敏感器会受到行星反光和卫星部件反光的干扰;运动问题——包括目标、卫星本体、卫星部件和敏感器的运动.给出了解决以上问题的软件设计方案.介绍了有效性分析功能的实现原理.给出了分析过程的5个步骤:定义时间,定义目标,定义部件运动,定义敏感器和执行分析.最后给出了一个实例演示,验证了该工具的功能.     

柱面菲涅耳太阳聚光透镜的光学设计和光学效率

研究了柱面线聚焦菲涅耳太阳聚光透镜的光学设计和光学效率。依据理论分析，对透镜参数进行了优化设计，成功地研制出了柱面线聚焦菲涅耳聚光透镜。还分析了透镜相对孔径（F数）和成型模具等因素对透镜光学效率的影响。     

Recent developments in ultraviolet filters and coatings

A number of new high efficiency optical coatings have recently been developed at wavelengths in the ultraviolet and vacuum ultraviolet for use in space science experiments. The development of these coatings has resulted in the design and manufacture of wavelength selective filters used in reflectance at near normal incidence that have high VUV reflectance with little near-UV and visible reflectance. Very narrow band transmission filters are now available at wavelengths as short as 1500Å with bandwidths as narrow as 35–40Å. In addition, high efficiency anti-reflection coatings as well as neutral density filters are now available at many wavelengths in this region.Material limitations, more severe than those in the visible, place certain restrictions on the size, wavelength, and degree of selectivity that is achievable with present technology. A summary of the current commercial technology along with the material limitations is presented.     

嫦娥三号巡视器有效载荷

嫦娥三号巡视器配置了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪四种科学探测有效载荷. 介绍了有效载荷的科学探测任务、系统设计方案和系统组成,描述了各有效载荷的方案设计要点,设计中的主要关注点及主要技术指标等.      

高精度星相机光学系统像质评价及实现

摘要： 高精度星相机光学系统是实现高性能星相机的关键技术.从工程实际出发，梳理星相机光学系统像质评价的指标，重点论述星点质心位置指标分解、光学系统评价指标分解过程.分析认为星相机光学系统设计过程中需关注质心位置偏差和质心位置与理想像高的偏差、温度分析需兼顾均匀温升及梯度温度变化.给出一个继承于双高斯结构形式的设计实例，结合像差理论进行消热设计和畸变控制，分析不同温度条件下不同类别恒星的质心位置一致性.设计结果表明该光学系统可满足高精度星相机指标要求.     

A concept mission for the Stellar Population and Evolution with Cubesats (SPEC)

Binary or multiple stellar systems, constituting almost a third of the content of the Milky Way, represent a high priority astronomical target due to their repercussions on the stellar dynamical and evolutionary parameters. Moreover the spectral study of such class of stars allows to better constrain the evolutionary theories of the Galactic stellar populations. By resolving the members of stellar systems through photometric observations we are able to perform more detailed measurements to infer their mass. In this paper we investigate the feasibility of a cubesat based mission including an optical payload to directly optically discriminate the members of a selected sample of binary systems. The scientific targets, consisting 11?M class dwarf stars binary systems, have been extracted from the already studied Riaz catalogue. These subset has been selected considering the star distance, the members angular separation, and the distance from the Galactic plane (due to limit the background and foreground contamination). The satellite concept is based on a 6 unit Cubesat embedding some commercial off the shelf components and an ad hoc designed optical payload occupying almost 4 units. The optical configuration has been chosen in order to fit the angular resolution requirements, as derived from the target characteristics. Moreover, according to the optical analysis and the computed field of view some requirements on the attitude control system have been inferred and fulfilled by the component selection. The paper is organized as in the following: a brief scientific introduction is made; consequently the project is described with particular attention to the optical design and the standard sub-systems; finally the conclusions are drawn and the future perspectives are investigated.     

快速测定燃料组成的研究

介绍了国内外现有的燃料快速测定方法,系统而又详细地探讨了近红外光谱法的基本方法及其特点,为快速、准确测定燃料的组成提供了一种新方法。     

相变光盘多层膜系结构的最佳光匹配研究

论述了相变光盘最佳膜系结构的设计。采用导纳矩阵法计算膜系的能量反射率，用量优化计算方法编程计算，提出了第二大极值解作为在工艺上可行的实用光盘的膜系结构，并按这种膜系结构制作样品，其擦写循环数达１００万次上。     

“高分四号”卫星相机在轨温度分析及热设计优化

随着空间相机分辨率日益提升,对光机主体等核心部组件的温度稳定性和均匀性要求也越来越高,地球静止轨道（GEO）空间外热流复杂且恶劣,实现相机高精度热设计挑战极大。针对"高分四号"卫星相机热设计的难点和特点,基于结构热控一体化的设计理念,采取了入光口热流屏蔽、间接辐射控温、散热面耦合等热控技术,实现了相机高精度控温;分析了相机入轨4年的温度数据及符合情况,验证了相机热设计的正确性,并根据在轨运行情况提出了热设计优化建议,为进一步提升地球静止轨道相机控温精度、降低热控资源提供支撑。      

多层膜光学常数的迭代椭偏测量研究

论述了多层薄膜光学的椭偏测量原理以及测量方法，采用导纳矩阵计算多层的椭偏参数；采用统计试验法与单纯形法相结合的数值逼近法进行反演计算。更重要的是本文首次提出迭椭偏测量法，使测量的重复性和精确度都大大提高。所谓选代椭偏测量法是不断地优选椭偏测量入射角，从而选出对核样品来说最佳椭偏测量入射角。用这种方法精确测量了相变光盘记录介质膜晶态下的光学常数，这对于相变光盘膜系结构优化设计很重要。