45°指向镜成像畸变特性分析和校正

为扩大观测范围,航天遥感仪器通常采用45°指向镜扫描.在采用多元探测器的遥感仪器中,焦平面上所成的像不允许产生像旋,否则会使各个像元所对应的视场无法配准.因此,研究相应的像消旋方法,消除45°指向镜成像系统带来的像旋转,使其能够更好地应用于生产实践,是一个十分迫切的问题.对45°指向镜生成的图像的畸变特性进行了分析,同时根据每个像元坐标与地面坐标的对应关系,给出了校正图像畸变的方法.合成图像和真实图像的模拟实验结果表明:提出的畸变校正方法能够很好地校正45°指向镜的成像图像,在工程应用中具有重要的实用意义.     

二维指向镜的定域扫描方式的扫描特性分析

在光学反射矢量理论的基础上,分析了二维指向镜的定域扫描方式的非线性扫描特性,给出了指向镜二维扫描的轨迹及像旋角的计算公式,提出了对扫描轨迹进行非线性校正的方法.在不进行消旋处理的情况下,将二维指向镜的定域扫描方式直接应用于点源探测系统如红外系统中.     

45°二维扫描镜扫描轴系特性分析

对工作于三轴稳定平台的45°扫描镜绕不同轴系摆动时的摆动范围及扫描轨迹进行了分析比较,给出了扫描镜选用不同轴系时的扫描摆动角度的计算方法,在工程应用中具有重要实用意义。     

消除45°旋转扫描反射镜像旋转系统的研究及应用

研制了在宽波段范围内采用“Ｋ镜”来消除４５°旋转扫描反射镜像旋转的系统,并进行了理论上的推导和海洋卫星水色扫描仪的实际应用,证明该系统能很好地消除４５°旋转扫描反射镜产生的像旋转,从而提出４５°旋转扫描反射镜加“Ｋ镜”消像旋转的新扫描方式     

45°旋转镜加K反射镜扫描特性讨论

讨论了采用４５°旋转镜加Ｋ反射镜实现多元扫描的可行性。分析表明该扫描模式虽然可以消除单独４５°旋转镜带来的像旋转问题,但只能在严格保证初始同相位、转速稳定时才能实现,且存在偏振较大的问题,建议采用时应特别慎重     

带摆镜的二维扫描制冷红外光学系统设计

带摆镜的像方扫描光学系统通常只在一维方向扫描成像,当摆镜在二维方向摆扫成像时,摆镜方位俯仰耦合运动带来的对光轴指向、光斑尺寸、成像性能等影响不能忽略。分析了不同的摆镜扫描光学系统的基本形式,并对像方摆镜扫描光学系统二维摆扫带来的影响进行了分析。对内轴为方位、外轴为俯仰的像方摆镜在不同的二维摆扫角度下的入射光轴指向和窗口处光斑尺寸进行了理论计算,提出了二维像方摆镜扫描光学系统设计与分析方法。利用Zemax建立了二维像方摆镜扫描光学系统模型,仿真分析了不同方位俯仰摆扫角度下的成像性能、光轴指向以及窗口挡光情况。在不同方位俯仰角度下,光学系统在17 lp/mm处MTF均大于0.4,窗口极限挡光小于21.4%。     

被动太赫兹成像二维扫描技术

太赫兹成像受探测器像元数少和无法进行大规模面阵集成的限制,大视场成像不可避免地要用到二维扫描。45°镜具有尺寸小,稳定性好,幅宽大等特点,可以用来实现被动太赫兹二维扫描成像。详细分析了45°镜扫描成像的工作原理和扫描方式,提出了绕Z轴摆动实现水平扫描,绕Y轴摆动实现垂直步进的扫描方案,计算了扫描轨迹,边沿视场成像畸变约3.2%,并通过成像实验对扫描方案进行了验证,得到了大视场下的被动太赫兹二维扫描图像。     

新型大尺寸电磁驱动MEMS光学扫描镜的研制

设计并制作了一种结构新颖的镜面尺寸为6mm×4mm的电磁驱动MEMS光学扫描镜.这种背面为微型铜驱动线圈的MEMS硅基扭转镜面沉浸在由包含永磁体的磁回路产生的磁场中,当电流信号通过驱动线圈时,MEMS光学扫描镜绕着扭转梁发生了大角度的扫描运动.采用MEMS体硅加工工艺和电镀技术制作的器件显示出了优良的性能,实验获得的扫描镜静态转角斜率为0.03°/mA,当器件进行动态扫描时,在381Hz的谐振频率下获得了最大±10.2°的光学扭转角度,空气中的Q因子为221,相应的功耗为13μW,与此同时MEMS光学扫描镜具备了出色的镜面粗糙度、光学反射率和镜面平整度.实验证明该器件完全适合于微型光谱仪和可调光滤波器的应用.     

新型大尺寸电磁驱动MEMS光学扫描镜的研制

设计并制作了一种结构新颖的镜面尺寸为6mm×4mm的电磁驱动MEMS光学扫描镜.这种背面为微型铜驱动线圈的MEMS硅基扭转镜面沉浸在由包含永磁体的磁回路产生的磁场中,当电流信号通过驱动线圈时,MEMS光学扫描镜绕着扭转梁发生了大角度的扫描运动.采用MEMS体硅加工工艺和电镀技术制作的器件显示出了优良的性能,实验获得的扫描镜静态转角斜率为0.03°/mA,当器件进行动态扫描时,在381Hz的谐振频率下获得了最大±10.2°的光学扭转角度,空气中的Q因子为221,相应的功耗为13μW,与此同时MEMS光学扫描镜具备了出色的镜面粗糙度、光学反射率和镜面平整度.实验证明该器件完全适合于微型光谱仪和可调光滤波器的应用.     

45°旋转扫描镜多元并扫的图像畸变及软件校正

在45°镜扫描轨迹的基础上,对海洋一号卫星水色扫描仪上各波段的扫描特征进行了分析.阐述了45°镜扫描图像的主要畸变特征,并初步试验了通过软件校正像旋畸变的方案.     

45°镜系统扫描轨迹分析及其对像旋校正的影响

分析了 45°镜系统的扫描规律及其对像旋校正的影响.给出了像旋图像的地面软件校正结果.结果表明在充分考虑了地球曲率、探测器的离轴及探测器安装角度影响的情况下, 45°镜系统对地面无漏扫,适当增加扫描角度,扫描系统获取的总视场内的地面信息无丢失,像旋对系统空间分辨率及图像的配准无影响,像旋图像可以通过软件方法进行校正.     

对MODIS—N扫描方式的讨论

在以摆镜为穿航迹扫描的光机扫描仪中,卫星航向运动的补偿使扫描频率降低一倍,并使扫描效率提高一倍,从而具有很高的实用价值。本文重点讨论了MODIS-N的扫描补偿方案,并对它的适用性进行了评价。     

光谱扫描装置的运动分析

由于传动机构的刚度有限，扫描装置驱动元件的运动和扫描镜的运动是不一致的。为揭示两者的运动规律，建立了扫描装置的动力模型，该模型考虑了传动机构刚度和系统阻尼的影响。通过对模型的振型分析，得出扫描装置的运动方程，并用Matlab仿真实验对分析结果进行了验证。分析结果表明：驱动元件转子的运动和扫描镜的运动都可视为两种运动分量的合成：一种是两者作为一个刚体的运动，另一种是两者各自独立的运动。分析得到的结论为系统控制和性能评估提供了理论依据。     

新型激光高速柔性线路板打孔系统

总结了一种应用于柔性线路板(Printed circuit board,PCB)高速打孔的新型激光加工系统，每分钟可以打孔18000个。柔性线路板传统制版工艺中的过孔会被油墨完全堵住，由于孔径小且数量繁多，加之软板个体存在变形和误差，因此这些油墨使用传统方法无法清除，这为产品带来了一定的隐患。为此，研制了一种新型激光高速柔性线路板打孔系统。采用2个高速振镜移动激光位置，配合伺服系统带动工作台快速移动，通过反馈系统精准定位，同时在计算机的控制下补偿柔性线路板软板的变形，另外采用光电系统对柔性线路板软板进行精准测量和定位。振镜的扫描范围为25 mm×25 mm，将柔性线路板分割成若干区域，依次加工，振镜和工作台位置相互配合，全部待加工孔的坐标值通过软件实施变换。     

二维指向镜系统成像特性研究

为了实现对大视场范围的目标进行搜索捕获或者成像,采用了二维指向镜与面阵探测器相结合的技术方案。对二维指向镜系统电机转角耦合特性和成像规律进行研究。首先,从光学反射矢量理论出发对二维指向镜系统建立数学模型,解耦得到扫描电机转角与视轴指向方位角之间的关系;然后,从数学模型出发可得出电机扫描时目标在像面的扫描轨迹和二维扫描镜系统造成的像旋情况,实验测得扫描轨迹的倾角与计算所得的轨迹倾角误差小于0.1°,像元位置偏差不到0.2个像元;最后,分析了采用二维扫描镜的成像系统消除像旋的算法,为二维指向镜实现精确跟踪和软件校正像旋提供理论依据。     

利用介质膜高反镜实现“猫眼”目标有效隐身

针对激光主动探测系统的主要工作波长为1 064nm,提出了一种利用介质膜高反镜实现"猫眼"目标隐身的方案。利用单波长介质膜高反镜的反射率特性,将介质膜高反镜与"猫眼"目标光轴以一定角度装配,推导了加载介质膜高反镜的理想"猫眼"目标回波功率模型,并给出了典型算例。通过实验方法分析了介质膜高反镜的反射率特性,修正了45°激光入射角的平均反射率值。典型"猫眼"目标的外场实验表明,在有限"牺牲"成像质量的前提下,介质膜高反镜可大大降低"猫眼"目标的"猫眼"效应,实现光电装备的有效隐身。     

摆扫式面阵CCD航空相机的像旋转分析

航空相机在进行拍照时,通常采用45°扫描反射镜绕光轴摆扫或步进,进行多行迹摆扫式拍照,以增大对地面景物的观测范围,但当扫描镜绕光轴旋转对物体进行观测时,物体反射像也将绕轴进行旋转,目标相对探测器(CCD)产生了像旋转。通过运用光线矢量与光轴旋转变换的方法,建立了相机的数学模型。根据该模型,针对扫描反射镜旋转所产生的像旋转,利用光学矩阵建立了扫描镜转角与像旋转角之间的关系,对比各种消除像旋方法的优缺点,提出了采用扫描镜与像面旋转机构同步旋转结合的方法实现消除像旋,为工程设计提供了必要参考。     

离轴抛物面镜在温度传感器校准系统中的应用

为了改善温度传感器动态校准系统中的晶体透镜对激光束的聚焦效果,使用离轴90°抛物面镜代替晶体透镜对系统进行了改造,通过几何光学方法,对离轴90°抛物面镜应用于激光聚焦光路时的光轴的角度失准对聚焦光斑造成的影响进行了分析,并利用改进后的系统对CHAL-010型热电偶进行时间常数测试和动态校准实验,得到了CHAL-010型热电偶在温度阶跃为242℃左右时的时间常数值,完成了该热电偶的动态校准.结果表明,采用离轴90°抛物面镜代替温度传感器动态校准系统中的晶体透镜能达到温度传感器动态校准的目的.     

摆镜扫描的重复控制系统

为解决摆镜扫描速度振荡的问题,采用永磁同步电机作为扫描驱动电机,建立了控制系统的传递函数模型.同时,根据摆镜扫描运动具有周期性的特点,提出了一种改进结构的重复控制器对扫描电机的转速进行控制.该控制器引入两个放大环节对系统增益进行调节,从而改善了系统的跟踪性能.实验结果显示,该控制系统能够有效地提高摆镜扫描的速度稳定性,抑制扫描电机在换向时的振荡现象.