卫星试验用小型地球模拟器研究

针对卫星同步轨道高度,研制了卫星试验用小型地球模拟器,解决了红外地球敏感器地面模拟试验测试和精度标定问题.介绍了准直式红外地球模拟器总体方案.采用红外光学系统设计与计算技术,设计了锗准直透镜,通过理论分析和光学计算,得出地球光阑、热地球位置和大小与地球张角、锗准直透镜光学参数之间的关系,分析了地球张角偏差和光束平行度偏差对地球模拟器张角的影响,为地球模拟器的研制提供了设计依据.     

基于MTF的红外镜头无热化性能评估方法研究

红外镜头因受温度影响较大,需进行无热化设计,而目前国内外针对红外镜头的无热化评估方法的研究并不多.提出在现有传递函数仪的基础上,采用光学检测的方法对红外镜头在不同温度下的MTF值进行检测,得到其不同温度下焦点位置偏移量.针对其关键的中继镜头的设计,分析了三种可能的设计方法,最终选定了最可行的设计方案.通过对某一标准镜头的测试也验证了方案的可行性.     

大口径红外变焦投影系统环境适应性研究

对大口径变焦投影系统环境适应性进行仿真研究。影响其力学和光学性能因素主要有公路运输和环境温度,首先对整体结构进行约束模态分析,计算出系统的基频为79.781Hz,远大于二级道路运输的要求50Hz×120%,在运输过程中不会产生共振现象。利用同一模型对其温度适应性进行了研究,通过光机热集成分析方法,找到影响其成像质量的最主要因素为主次镜的曲率变化,在满足系统成像质量的前提下,得到了系统的热控指标约为20±27℃左右,远高于系统的正常工作温差,因此系统的设计是合理可行的。     

一种通用的基于抛物面模型的鱼眼图像校正算法

鱼眼镜头具有较大的视场,但所拍摄图像会产生严重的桶形畸变,使用时需要进行校正。提出一种新的基于抛物面的透视投影模型,分析了此模型下图像的投影特征及抛物面参数对校正效果的影响,利用鱼眼图像中的特征点拟合出抛物面的最佳参数值,最后通过拟合后的抛物面模型将鱼眼图像映射成透视投影图像,实现了对鱼眼镜头畸变的校正。实验表明,与传统的球面投影模型相比,该模型有更好的校正质量。     

高精度星模拟器光机系统与支撑结构设计及其模态分析

高精度星模拟器作为高精度星敏感器地面标定系统,随着近年来我国深空光学导航技术的发展,得到了广泛的应用。光机系统作为高精度星模拟器的核心部件,其镜筒结构设计是否合理、材料选择是否正确,直接影响高精度星模拟器的标定精度。本文根据高精度星模拟器光学系统给定的光学尺寸、装调要求,建立光学系统结构的三维仿真模型,并应用有限元ANSYS软件进行模态分析,最终结果证明了光机结构设计的合理性,满足高精度星模拟器设计要求。     

紫胶树脂的粘流—热硬化转变研究

为明确紫胶树脂受热后发生的粘流转变过程，以及粘流转变后其特征指标的变化，进而确定紫胶树脂热硬化时间和温度的对应关系，采用热台显微镜观测法监测了紫胶树脂的粘流转变过程，利用差示扫描量热法计算了粘流转变过程热力学参数，测定了粘流转变后的热硬化时间、冷乙醇可溶物和红外光谱中特征峰的变化情况；采用国标紫胶树脂热硬化时间的测定方法测定了不同温度下的热硬化时间，并进行了方程拟合。结果表明，升温速率快，紫胶树脂的粘流转变峰值温度越高，分子的传热效率越低，传热会产生滞后，并且拟合得到了紫胶树脂热硬化时间与温度的关系方程，并进行了显著性检验，发现紫胶树脂的热硬化时间随加热温度的升高而降低，其变化趋势按照所拟合方程所示的指数关系递减。     

红外镜头光学定心方法研究

针对红外镜头的材料特点和精度要求,提出了一种适用于科研生产的双向光学定心加工方法.从相对180°方向,用两台定心仪同时观察、测量红外透镜组件的两个球心像,根据测量结果重复调节专用的球心像调整工装,调两球心像相对轴线的位置,确定红外透镜组件的理想光轴.结果表明:某红外测量镜头的系统同轴度小于或等于0.02 mm,镜头的焦距相对误差仅为0.2%.     

大容差多柔性透镜组结构优化设计

为使透镜的面形精度在复杂工作环境下满足光学系统要求,利用CAE设计了多透镜组镜头的透镜柔性支座结构,并对其几何位置进行参数优化.首先,通过对比透镜支撑结构常用材料和加工制作工艺,选取透镜支座材料,根据光学设计结果采用定心车加工工艺保证光轴的直线度;然后,选取一适合柔性结构形式并根据其中心对称特点初步设计柔性支座;最后,将柔性结构几何位置进行参数化,并利用集成优化方法优化柔性支座结构形式.实验结果表明:单透镜组件在3个方向自重变形下及-10～50℃工况下的面形误差(RMS值)均优于λ/50;镜头组件和单透镜组件的一阶谐振频率不小于120 Hz.实验验证了镜头可同时在大温差、高频振动的环境下,满足镜头设计要求,结构稳定可靠.     

单管半导体激光器光学系统热特性

激光器光学系统的热效应会影响激光的传输和激光器的使用,为了研究热效应对半导体激光器光学系统的影响,利用ANSYS有限元软件对多单管激光器单元模块进行了热应力分析.模拟分析了光学器件对应输出功率的热特性,并通过Matlab软件利用Zernike多项式进一步拟合分析了输出功率对应系统光学器件的光学特性.结果表明:光学元件在热效应的影响下像差主要为像散,为后续像差补偿方式的设计提供指导.     

大口径光学透镜瞬态温度场模拟

为考察热辐射效应对光学元件稳、瞬态温度场的影响,给出了考虑辐射和导热耦合换热情况下复杂几何结构光学透镜稳、瞬态热特性的适体坐标下离散坐标法.对喷管形和圆柱形介质进行计算并与其他方法比较表明,建立的适体坐标系下辐射与导热耦合换热计算方法精度较好.对两端为球缺中间为圆柱的大口径透镜内的辐射与导热耦合换热过程进行了数值模拟.计算结果表明,为了精确地预测半透明介质如透镜内的温度分布,应该考虑辐射与导热耦合作用,且应当考虑介质的光谱特性.