提高光电经纬仪自动捕获跟踪能力的途径

分析了捕获跟踪视场的大小、系统的线性范围、系统的动态响应特性、捕获时机的选择以及系统不同跟踪方式下的校正结构等影响自动捕获跟踪的因素，给出了提高电视跟踪伺服系统自动捕获跟踪快速运动目标的方法。     

大视场、长焦距空间光学系统的设计

大视场、长焦距、小体积是空间光学系统设计研究的热点。当光学系统口径一定时 ,在相同的轨道高度条件下 ,增大焦距可以提高地面分辨率 ,增大系统的视场角可以扩大对地面的覆盖宽度。由于全反射系统具有独特的无色差等特性 ,成了目前研究热点 ,尤其是以三块反射镜组成的全反射式光学系统 ,结构最简单 ,而且像质很好。本文尝试性进行了这方面的设计 ,系统的焦距为 10m ,视场可达到6° ,所研究的光学系统三个反射面都是二次曲面 ,且所有光学面都离轴放置 ,避免了中心遮拦 ,从最后的像质评定可以看出 ,系统的质量基本上达到了衍射极限。     

焦深延拓的透雾连续变焦光学系统设计

针对目前雾霾天气搜寻-跟踪的成像需求,同时出于降低光学系统加工装调难度、减弱热效应对像质影响的考虑,设计了一款加入波前编码技术的大焦深、大靶面、连续变焦、近红外光学系统。利用光学设计软件,通过在系统孔径光阑处放置立方位相编码板并优化位相板参数,获得系统变焦范围内任意焦距处的最大拓展焦深,分析了不同焦距处系统的焦深延拓倍率。该系统工作波段为1.20~1.67 μm,具有良好的透雾性能,焦距为18~90 mm,探测器靶面为全画幅,搜索视场较大,有利于发现目标;在不同变焦位置,短焦端焦深最大为传统系统的6.43倍,长焦端焦深最大为传统系统的3.21倍,大大改善连续变焦系统对像面定位精度的敏感性,从而使该系统不仅具有优良像质,也使设计、加工、装调要求更加宽松,并有利于消除热效应的影响。     

基于仿生复眼系统的图像拼接技术

针对传统单孔径光学系统无法解决大视场与高分辨率之间的矛盾,设计了一套3×3球面仿生复眼光学系统。首先,研究了子眼系统视场和复眼系统总视场的数学关系,进而得到子眼排布方式,在此基础上形成了视场为±53°×±70°的复眼光学系统;然后,基于此系统提出一种图像拼接算法,采用SIFT(Scale Invariant Feature Transform)算法对各个子眼图像进行特征点提取,利用RANSAC(Random Sample Consensus)算法对提取出的特征点进行精确匹配,通过加权平滑算法实现多个子眼图像的拼接融合,实现整个场景无盲区拼接。3×3仿生复眼系统样机的仿真结果表明,设计的复眼系统可以有效地实现多通道图像的大视场无盲区拼接,验证了复眼光学系统设计的正确性以及拼接算法的有效性。该研究可进一步推进仿生复眼成像系统的应用。     

消热差的红外目标模拟器投影光学系统设计

基于数字微镜器件(DMD),创新性地设计了一个长出瞳距、大出瞳口径、消热差的红外目标模拟器投影光学系统。该光学系统的出瞳距为1 000 mm,出瞳口径为准120 mm,畸变小于 1%. 为了模拟-40 益目标,整个系统需工作在制冷环境中,因此对光学系统进行了无热化设计。投影物镜的设计采用了3 种材料和4 片透镜,在-40 益~20 益的范围内,系统最大离焦量小于系统焦深。分析表明,系统各视场调制传递函数( MTF) 在16 lp/ mm 处均优于0. 4,弥散班也小于 DMD 微反射镜的尺寸,畸变小于1%. 在满足长出瞳距的同时具有良好的热稳定性。     

基于双光楔的双模光学系统设计分析

在导引系统中,将双光楔结构与双模复合光学系统相结合,使复合光学系统保持不动,通过双光楔的运动来实现系统的扫描和跟踪。这种设计不仅简化了位标器的设计,也给复合光学系统的设计提供了足够空间余量,有利于导引系统的总体设计。本文提出一种基于双光楔的红外/激光双模光学系统设计方案,可用于获取目标的双模信息,分析了光学系统的基本参数,研究了采用双光楔结构对扫描视场的实现方法,并对整体光学系统进行了设计。所设计系统实现了红外和激光双波段的良好成像,满足导引系统的使用需求。     

图像制导导弹的弹道设计

通常,图像导引头的瞬时视场较小,而识别距离短,在复杂背景下,目标识别和捕获必须靠人才能完成,若弹道设计不合理会大大降低捕获目标的概率.本文分析了弹道设计对目标搜索和捕获的影响,提出了适合这类导弹的典型弹道及相应的弹道参数设计方法.     

多视场转换相关制导系统

本发明是一种导弹跟踪系统或类似系统,更详细地说,是一种包括光学部分(提供多个可转换视场)和新颖电子部分的跟踪系统,在导弹和目标盲距内用来控制视场转换。在普通跟踪系统(本发明本身采用这种系统)中,有对目标区域进行扫描和绘制表示目标特定特性对比图的装置。系统包括一存贮器,存贮基准对比图,并包括在跟踪系统和目标盲距内周期性修正存贮图的一些装置。     

反射式红外多波段准直投影光学系统设计

针对红外制导半实物仿真领域的红外多波段准直投影系统的应用需求,基于同轴三反射系统的物像关系和初级像差理论,计算出系统的初始结构参数,并综合运用了光阑离轴、视场离轴和ZPL语言辅助优化等方法对同轴反射式系统进行离轴优化设计,设计出一个工作波段为1～12μm、视场为8°、焦距为360 mm、出瞳距为1 300 mm的反射式红外多波段准直投影系统。结果表明,在截止频率为10 lp/mm处,波段1～3μm的MTF0.81,波段3～5μm的MTF0.63,波段5～8μm的MTF0.42,波段8～12μm的MTF0.20,系统体积为240 mm×460 mm×307 mm,达到设计要求。     

陶式导弹对多目标作战的方法与装置

本专利介绍陶式导弹对所选的多个目标（Ｖ１～Ｖ７）同时作战的方法与装置（１０）．对每个目标发射一枚或多枚导弹（Ｔ），并捕获、跟踪和导引每枚导弹．直至命中各自的目标．通过视场扫描，探测视场内一个或多个目标．目标选择系统（３４）标出所发射的导弹要攻击的不同目标．然后发射多枚导弹，并将其导向所选择的每个目标。在导弹飞向各自的目标期间，多敏感器（５８）探测从每枚导弹发出的辐射．捕获和跟踪系统（７４）跟踪每枚导弹及其目标。该系统包括一个处理机（８０）和一个控制模件（８２），处理机确定每枚导弹相对于其各自目标的位置，控制模件响应处理机的指令，对每枚导弹产生并发送制导信号，将导弹导向目标．     

制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜设计

针对坦克红外观瞄系统的总体设计要求,为了满足战场环境下红外目标探测的需求,设计了一种制冷式红外长波折衍混合消热差摄远物镜。摄远物镜由物镜组和中继镜组构成,焦距为-200 mm,F数为2.1,全视场角为3.6°. 探测器选用Sofradir公司生产的MARS-VLW型红外长波焦平面阵列,其分辨率为320×256像素,象元尺寸为30 μm×30 μm. 试验结果表明：在截止频率17 cy/mm时,温度-40 ℃~60 ℃范围内,该摄远物镜各视场的调制传递函数（MTF）均大约为0.5,点列图均方根半径均远小于艾利斑半径34.5 μm,并实现了100%冷光阑效率。该红外摄远物镜虽然是针对坦克红外观瞄系统的要求而设计的,但其结构紧凑,在-40 ℃~60 ℃温度范围内,像质优良且稳定,也可用于其他红外观瞄系统。     

简易零飞测试系统的设计与应用

在分析零飞测试原理及需求的基础上,介绍简易零飞测试系统的设计与应用。简易零飞测试系统是采用成熟的 CCD 相机、光学镜头、图像采集卡、传输光缆和工控计算机等硬件集成,采用“实时图像采集+后期处理”的工作方式进行零飞测试,对光轴校准原理和图像采集与处理方法进行了设计说明,并进行了多个航次的目标图像跟踪采集示例应用。结果表明：该系统具备实时采集、存储目标图像和后期图像处理的功能,系统简单、成本低、使用方便,可有效解决研制单位火炮跟踪测试设备缺乏的现状,应用推广价值明显。     

色温星模拟器用抛物面离轴反射光学系统设计

为了在室内测试星敏感器对无穷远星光的跟踪能力,设计一款运用宽光谱色温光源通过平行光管来提供无穷远星光色温模拟的光学系统。该系统采用孔径离轴方式规避同轴系统存在的遮光比现象,主镜引用抛物面使得系统像质更加良好,同时结合楔形状半反半透型次镜解决了透射接收端的宽光谱消像散问题。设计指标要求为：工作波段400~900 nm,入瞳直径300 mm,焦距3 150 mm,全视场角0.05°. 实际测试结果表明：在次镜不引入非球面情况下,光学系统可实现反射端及透射端的传递函数均接近衍射极限;各视场的波像差均方根值均优于λ/30（λ为系统主波长）,出射光平行度优于1″的指标要求。     

虚像显示系统自由曲面光学设计

为解决模拟器虚像显示系统由于离轴显示限制视场、眼点前移大幅降低边缘像质的问题,设计一种新型离轴虚像显示系统。利用像差理论,采用光线追迹方法,在全视场立体空间反向追迹光线,应用弥散斑均方根半径和平行度误差对 R2450-500-60°视景系统进行像质评价。结果表明：该设计能够改善像质,减小双目不平行度,使边缘视场角与像质达到要求。该设计系统不仅能大幅改善其光学性能,将垂直现场扩大到60°,而且实现成本较低,能进行大尺寸、大视场应用,满足多任务飞行模拟器的需求。     

基于高速球的运动目标自适应PTZ跟踪

研究运动目标PTZ跟踪技术，以HSI加权彩色直方图作为目标模型，通过均值偏移算法实现运动目标的定位。设计自适应波门，通过边缘检测保证核窗宽和模板更新的实时性。根据高速球的云台转动参数，提出自动变焦跟踪算法，实现目标跟踪过程中的自动镜头缩放，由此提高跟踪稳定性。最后搭建系统，验证整个算法的可行性。     

采用塑料光学元件的微光夜视物镜设计

介绍一种采用塑料光学元件和玻璃光学元件进行混合设计的微光夜视物镜,该系统利用光学被动无热化原理进行环境适应性设计和像差平衡,其工作波长范围为0.65～0.95 μm,视场为40°,F数为1.2. 利用CODE V光学设计软件对微光夜视光学系统的调制传递函数（MTF）、温度适应性、零件质量等性能进行了综合分析与评价。设计结果表明,在高低温情况下,各个视场的MTF值均大于0.4,光学零件质量为20 g,在实现系统减轻的同时获得了良好的光学性能。     

潜载随动系统的扰动特征与复合轴补偿机理研究

当潜艇在水下高速行进时,海水会在潜艇表面形成脱体边界层和分离涡,大尺度分离涡的生成和脱体会引起潜艇力与力矩的大幅度波动,从而影响潜载激光武器随动系统的跟瞄精度与毁伤效能。以潜载激光武器粗精复合轴跟瞄系统为研究对象,分析了潜艇流噪声对粗、精两级跟踪输出误差的影响。基于流体力学基本控制方程,通过层次结构网格下的有限体积法分析了1×10⁷雷诺数下6°偏航角潜艇的流体动力学特性,并通过坐标解算将流体对艇体的扰动转化到光轴坐标系;获得了粗、精复合轴随动系统的传递函数,搭建了闭环控制器,获得了粗、精通道对特征输入信号的时域响应特性;分析了粗、精复合轴随动系统对潜艇流场扰动输出误差的补偿效果,并从流场演化和压力矩脉动层面分析了大尺度分离涡对跟瞄输出误差的影响。研究结果表明：粗、精复合轴随动控制系统可以有效补偿潜艇扰动带来的光轴输出误差,方位角、俯仰角的波动和跟瞄输出误差主要由围壳端面产生大尺度分离的梢涡引起的压力矩脉动造成,艇身扰动因其周期较长而对输出误差没有特别的影响。     

基于多微面光纤面板的仿生复眼图像拼接及定位算法

为研究仿生复眼系统的图像拼接以及目标定位技术，使用三维设计制图软件SolidWorks对9个光学透镜组成的仿生复眼系统镜头支架进行设计；使用尺度不变特征变换算法对特征点进行提取，通过采用欧氏距离法和随机抽样一致性算法对特征点对进行筛选；采用加权平均法对图像进行融合；根据子眼镜头之间相互交叠的信息，选用了双目测距原理对空间目标进行三维定位。搭建了一套视场角为74.3°的视觉系统，得到了一副大视场的仿生复眼拼接图像，对空间4个不同位置的目标进行了定位，证明此仿生复眼系统能够获取大视场的拼接图像，能够对空间目标进行定位。     

机载空间激光通信大气附面层影响及补偿技术研究

随着空间激光通信技术的发展,大气环境对机载空间激光通信的影响越来越突出,大气附面层是其中一个重要的因素。为了研究大气附面层对通信的影响,在机载激光通信试验中观察现象的基础上,从衍射光学理论着手,对试验中存在的附面层影响进行理论上探讨。研究结果表明：大气附面层对空间激光通信的影响,是在系统前附加一个焦距在-530 m的负透镜,造成系统焦距变化,光斑扩散,从而影响通信效果。这种影响可以通过在系统中增加补偿透镜的方式进行补偿,并进行了相应的补偿试验。试验结果表明：大气附面层对空间激光通信的影响,完全可以通过光学方法进行补偿,补偿效果满足空间通信要求,为以后机载空间激光通信的发展奠定了良好基础。随着空间激光通信技术的发展,大气环境对机载空间激光通信的影响越来越突出,大气附面层是其中一个重要的因素。为了研究大气附面层对通信的影响,在机载激光通信试验中观察现象的基础上,从衍射光学理论着手,对试验中存在的附面层影响进行理论上探讨。研究结果表明：大气附面层对空间激光通信的影响,是在系统前附加一个焦距在-530 m的负透镜,造成系统焦距变化,光斑扩散,从而影响通信效果。这种影响可以通过在系统中增加补偿透镜的方式进行补偿,并进行了相应的补偿试验。试验结果表明：大气附面层对空间激光通信的影响,完全可以通过光学方法进行补偿,补偿效果满足空间通信要求,为以后机载空间激光通信的发展奠定了良好基础。