水平式激光发射系统光轴平行度误差分析

对于激光发射系统,激光轴与电视光轴的平行度是保证其指向精度的关键。相对于传统的光电经纬仪,该系统光轴平行度误差是一动态误差,变化规律较为复杂。为修正激光发射系统激光轴与电视光轴的平行度误差,建立了光轴平行度误差模型,由此掌握该系统光轴平行度误差的变化规律。在总结了影响光轴平行度的主要系统误差源的基础上,分析各项误差对光轴平行度的影响,利用矢量旋转与坐标变换,建立了激光轴经折返镜后在空间坐标系内的指向模型,由此得到两光轴平行度误差模型,通过电视跟踪系统测量两光轴平行度误差值,并采用最小二乘法拟合得到误差模型中各待定系数。实验结果表明:拟合后的光轴平行度达到2.6″,模型能够基本描述两光轴平行度误差的变化规律。     

库德光路光束指向稳定性分析

库德光路光束指向稳定性是保证激光测距机光轴指向精度的关键因素,通过坐标变换建立了一种可以从空间角度表征光束指向稳定性的动态方法,解决了大型激光测距机库德光路系统误差对光学系统影响的问题,将库德光路系统误差与光束指向有机地结合起来,以某地平式激光测距机为研究对象,建立了库德光路光束指向的动态误差模型。将CCD 固定在库德镜5 的安装接口处,并与图像采集卡组成图像采集系统,直接对库德光路激光光斑进行采集,获得了精度较高的光束指向动态误差数据。利用实测数据对光束指向的动态误差模型进行了最小二乘拟合,由此标定出了该设备库德光路光束指向的动态特性,为设备系统误差的修正工作奠定了基础。     

非正交轴系激光经纬仪测量技术研究

在空间大尺寸坐标测量系统中,经纬仪测量系统因其测量范围广、非接触式测量、便携性等优点应用广泛。为了降低经纬仪测量系统成本,减少经纬仪测量系统误差来源,提出了一种基于非正交轴系的激光经纬仪测量系统。首先,根据测量时非正交轴系的转换关系,推导出非正交轴系激光经纬仪的视准轴的空间数学模型。然后,根据双经纬仪前方交会测量原理,建立了基于非正交轴系激光经纬仪的测量系统,并推导出空间点坐标。最后,通过仿真与实验,验证了测量模型的正确性。结果表明,在测量半径为3m时,该测量系统对空间点在拉依达准则下的测量不确定度能达到1mm以内,尤其适用于大空间、大尺寸测量。     

极限学习机方法在经纬仪空间配准中的应用

针对光电经纬仪测量中多传感器的空间配准问题,提出了一种基于极限学习机（ELM）的空间配准建模方法。首先介绍了ELM算法和ELM空间配准模型的建立步骤,然后使用星体测量数据建立ELM空间配准模型,最后将该模型与单项差修正模型、球谐函数修正模型进行了对比验证。实验结果表明:ELM空间配准模型可以使光电经纬仪的测量精度从17左右提高到1以内,与单项差修正模型、球谐函数修正模型相比精度提高35%以上。由此可见,与单项差修正模型和球谐函数修正模型相比,采用ELM算法所建立的光电经纬仪空间配准模型具有更高的精度和更强的泛化能力。     

激光经纬仪精确交会的实现方法研究

由于受经纬仪空间角 度分辨率的限制,随着测量空间、尺寸的增大,很难保证经纬仪“视准轴”精确瞄准目标点 ,从而会带来较大测量误差。为 了减小误差,基于激光经纬仪“视准轴”可视化条件,提出了一种激光经纬仪精确交会的实 现方法。首先,引导经纬仪围 绕目标点以最小步进角为间隔进行阵列扫描,通过图像采集和图像处理得到扫描点和目标点 的坐标位置关系;然后,通 过直线拟合、坐标计算,使经纬仪“视准轴”精确瞄准目标点;最后,实验验证了方法的可 行性。实验结果表明,本文方法 能够实现激光经纬仪的精确交会,可大幅减小系统的测量误差,同时可降低经纬仪的制造成 本。     

基于激光跟踪仪的快速镜面准直与姿态测量方法

提出了一种利用激光跟踪仪进行镜面准直和姿态测量的方法,分析了测量精度。分别利用高精度电子经纬仪与激光跟踪仪对单个立方镜和双立方镜进行准直和姿态测量,计算固定立方镜相邻镜面夹角和双立方镜坐标系间的转换参数,对比新方法的测量精度。同时比较测量效率、测量环境要求。实验结果显示:比于传统镜面拟合法低于0.5'的准直测量精度,新方法精度达到10量级,与主流的经纬仪方法相当;同时,新方法在测量效率上较经纬仪方法提高1倍以上,对测量环境的要求也较为宽松,在实际生产中可以代替经纬仪进行准直与姿态测量工作。     

高功率激光发射系统的一级扩束设计

针对高功率激光发射系统对一级扩束的要求(即光束质量和扩束倍率都得到较好的保证),研究了高功率激光一级扩束系统。从激光扩束系统的类型、镜体基材选取等方面论述了高功率激光发射系统的一级扩束设计过程。首先,通过分析扩束系统类型,设计了离轴无焦卡塞格林扩束系统;然后,对高功率激光反射镜基底材料选取进行分析,确定了采用金属无氧铜作为镜体的基底材料;最后,对设计结果分别进行了定性和定量检测。结果表明,该一级扩束系统的波相差为0.538 λ(λ=0.6328 μm),该系统像质好,性能优良,是一种可以被广泛采用的强     

漫反射成像法的激光参数测量系统设计

精确地测量激光在大气传输后的光斑参数,是研究激光大气传播效应和分析激光发射系统性能的关键技术手段。测量激光远场参数的方法主要包括阵列探测法和相机成像法,目前在激光大气传输效应的测量评估中大都采用阵列探测法。由于探测器阵列靶受物理空间和研发成本等因素的限制不能均匀且高分辨率紧密排布,将造成采样光斑的失真,难以精确地测量远场光斑参数。针对此问题,利用相机分辨率高的特点,设计了一套基于漫反射屏成像法的激光参数测量系统。该系统最小测量分辨力小于0.39 mm,质心位置平均偏差为0.05 mm,测量光斑到靶功率不确定度优于10%。该系统能有效地测量激光发射系统的跟瞄精度和到靶功率,为分析激光大气传输效应和分析激光发射系统性能提供有效手段。     

光电经纬仪中激光测距发射系统设计

论述了在光电经纬仪上应用激光测距装置的重要性,即可实现单台经纬仪确定目标位置.介绍了激光测距的原理及测距方程,针对光电经纬仪中激光测距系统的结构特点,对测距分系统发射系统进行了设计,实现了各种复杂条件下的激光测距.     

双变形镜自适应光学系统全场补偿实验验证

在双变形镜自适应光学系统中,需要主激光出射时与信标光的振幅分布一致、相位共轭.当主激光到达目标时,光波的分布与目标上发射的信标光光波分布相同,主激光的振幅和相位都得到了校正.根据双变形镜自适应光学技术的概念,设计了一套基于双变形镜的自适应光学系统,对比了双变形镜和传统单变形镜对波前的空间校正能力,在实验上验证了双变形镜...     

应用干涉仪对经纬仪光学系统主镜的装调和检测

随着光电经纬仪的跟踪精度、图像像质质量等技术指标的提高,使光学系统的装调和检测要求也随之提高,传统的装调方法不能够满足新形势下经纬仪的安装精度需求。文中介绍了一种应用干涉仪对经纬仪系统主镜的装调和检测方法,分别从主镜的装配、调整、镀膜、光轴中心检测与校验对主镜的装调思路进行分步骤介绍。应用ZYGO干涉仪对主镜系统检测,从传统的刀口仪、显微镜的定性检测方法上升为使用ZYGO干涉仪对系统的定量检测。检测测试结果说明,应用干涉仪对经纬仪光学系统的检测完全满足光学设计的指标要求,从观察70～80 km航空飞机和5000 m目标靶图像看到目标的图像清晰,图像的边缘对比度好,满足使用要求。干涉仪在经纬仪光学系统主镜装调中的应用,满足高精度经纬仪的需求,从而提高主镜装调精度。     

激光制导武器仿真系统视线角精确控制研究

为了得到精确的视线角,从两轴台、6.6m×5.1m超大室内漫反射屏和程控一体化集成激光器的设计时的精度需求入手,研制了一套适合于激光制导武器半实物仿真的视线运动系统;基于DT2经纬仪、高度尺、徕卡DISTOTMpro4a激光测距仪、平行光管、光学平面镜和辅助夹具等,提出了一套精确标定措施。标定结果和多次实验表明,所建立的视线运动系统能够满足高精度的视线角控制,控制精度达到0.5mrad,系统的重复性好,稳定性高。     

大口径凹椭球面反射镜光轴偏心测量方法

大口径凹椭球面反射镜光轴偏心会引起遥感相机光学系统失调,导致成像焦面与设计位置偏离。针对此问题,根据反射镜的几何参数设计了基于平晶补偿的消球差系统,通过灵敏度分析计算得到系统中平晶失调1″对系统像差无影响,主镜失调1″带来0.04λ (λ=632.8 nm)的彗差。结合仿真计算的结果,搭建测试光路,并利用经纬仪和激光跟踪仪对反射镜进行偏心测量。误差分析表明:主镜倾斜测量误差约为1.2″,主镜偏心测量误差为0.028 mm,可以满足绝大部分空间遥感相机大口径反射镜的测量需求。     

基于经纬仪和测距仪的空间坐标测量

为了解决全站仪、激光跟踪仪等设备进行空间坐标测量时设备昂贵、存在测量盲点等问题,提出一种基于电子经纬仪和激光测距仪的空间坐标测量方式.用激光测距仪测得激光束所在直线上的几个点到激光测距仪的距离,同时用经纬仪观察这些点,得到各个点对应的水平角和天顶角;数据处理时,首先通过最小二乘法得到经纬仪原点和各个目标点所构成的多根射线所决定的公共平面,然后将这些射线投影到这个公共平面内,得到对应的投影射线;通过这些共面的投影射线和已知的各个目标点之间的距离用最小二乘法得到这些目标点的坐标解,然后拟合得到一条直线,即激光测距仪的光束所在的空间直线解.工作时,通过测距仪测得待测点到测距仪之间的距离,由这根空间直线的表达式方程,即可得到待测点在经纬仪坐标系中的坐标.结果表明,该测量方式可以在一定条件下实现全站仪、激光跟踪仪难以实现的多点动态非接触空间坐标测量.     

一种可变长度光电基准尺

为了实现对非正交轴系激光经纬仪测量系统的快速、准确定向,采用构建新型光电基准尺的方法,提出并研究了一种基于高精度光电位置敏感器件的可变长度光电基准尺构建技术。阐述了非正交轴系激光经纬仪的特点,根据其特点及非正交轴系激光经纬仪测量系统定向的需要,确定了可变长度光电基准尺构建的总体思路,完成了硬件电路设计,构建了可变长度光电基准尺,并标定了两光电位置敏感探测器的空间位姿关系,以实现可变长度基准测量。结果表明,利用该可变长度光电基准尺定向后的测量系统,其相对测量精度优于0.03%,可方便、高精度地实现非正交轴系激光经纬仪测量系统的定向。     

基于摆镜技术提高测距成功概率的方法研究

深空激光测距受距离遥远、大气损耗等因素影响,地面站接收到的回波光子数非常稀少,因此,研究增加回波光子数的方法对提高系统测距成功概率具有重要的意义。文中在云南天文台1.2 m望远镜激光测距系统发射光路中增加摆镜,通过快速高精度控制激光光束传播方向的方法搜索回波光子数较多的指向位置。首先设计了摆镜扫描系统,然后对系统进行仿真分析,模拟系统出射光束偏转角度和能量分布随摆镜偏转角度的变化情况以及利用摆镜进行搜索的效果,最后对测距卫星进行实际观测试验。测量得到系统使用的二维摆镜的最小分辨率为0.2″,经激光发射系统扩束后,可以实现最小0.005″的搜索步长,控制频率在100 Hz以上。实际观测结果表明,使用摆镜提高回波率的方法是有效的,并且目标轨道高度越高效果越明显,因此可应用于深空目标激光测距系统。     

近距离激光武器光学系统特性分析

对强激光近距离毁伤光学系统进行了优化设计,通过理论分析和外场实验研究了基于椭球镜光学系统的聚焦特性,并与传统的基于抛物面镜的光学系统进行了比较。优化了强激光近距离毁伤系统的发射光学系统,对光学系统的聚焦光斑进行了理论计算和仿真,分析了不同系统的激光光斑大小和功率密度。最后,通过外场毁伤实验,对设计结果进行了验证。实验结果表明,基于椭球镜的强激光近距离毁伤光学系统具有更小的衍射光斑分辨率和更高的能量集中度。