某航空相机光学系统支撑框架有限元分析

支撑框架是某航空相机的主要组成部件,它的作用是承载光学系统、图像传感器及反射镜框架,因此其刚度、动态特性对航空相机的成像质量有着很大的影响.在工程设计中,应用有限元分析理论,对相机光学系统支撑框架的动态特性进行研究,通过SOLIDWORKS平台建立支撵框架实体模型,并对支撑框架结构进行合理的简化,采用COSMOS有限元分析软件对框架建立有限元模型,计算出前8阶固有频率和振型,根据计算结果找出框架的薄弱环节,提出改进方案,并重新分析.分析结果表明,改进后支撑框架的质量得到了减少,固有频率得到了提高.该方法为支撑框架的设计和优化提供了理论依据,有利于提高设计效率.     

基于某航空遥感器同步传动机构的精度分析

针对某航空遥感器的同步传动机构要求:传动比大小为1∶1,二者转角方向相反,允许的转角误差为±36′,提出采用弹性体精密传动来满足这种要求。从弹性体的蠕动变形理论和传动部件机械加工精度出发,分析了弹性体的变形产生机理和传动件加工精度对传动机构精度的影响,对实际模型做有限元动力学分析。通过仿真分析,证明了设计的合理性。     

基于有限元分析的长条状主镜支撑结构设计

从满足空间望远镜主镜在复杂工况下综合面形误差要求的角度出发,介绍了大尺寸长条状主镜组件材料和主镜结构的选择确定原则;采用理论分析与有限元计算工具相结合的手段,对主镜支撑结构进行了分析与设计.分析计算表明,若主镜组件采用刚性支撑设计,主镜综合面形误差将远远超出设计要求;而采用柔性支撑设计,当柔性支撑筋板高度取46 mm、厚度取1.7 mm时,主镜组件的动态刚度可达97.4 Hz;镜面综合面形误差分别达到63.1 nm、39.3 nm和59.6 nm;主镜组件最大变形分别达到24.6 μm、21.4 μm、7.4 μm,各项指标满足设计要求.平衡稳定性校核表明,当空间相机发射时,柔性支撑筋板不会发生失稳.     

航空相机像旋补偿双向控制中的内环补偿器设计

为解决航空相机摆扫成像过程中存在的像旋问题,采用四通道双向控制系统对像旋进行补偿。在系统中,基于鲁棒内环补偿器结构进行了内环补偿器设计。首先利用H∞混合灵敏度优化方法求解鲁棒内环补偿器中的鲁棒控制器,再结合参考模型确定系统的滤波器,进而得到系统化设计的内环补偿器。保证系统鲁棒稳定性的同时尽可能提高干扰抑制性能,进而在两者间折衷提高双向控制像旋补偿精度。实验结果显示,本方法能够有效抑制等效干扰的影响,提高消旋补偿的精度。动态扫描下位置补偿误差的最大值和均方根分别为(1.81×10~(-3))°、(5.224 74×10~(-4))°,与传统设计相比,补偿误差分别减小了41.99%、41.73%,提高了四通道双向控制系统的像旋补偿精度。     

红外双波段双视场成像告警系统设计

针对复杂环境下远距离点目标弱目标探测的需求,设计了红外双波段双视场成像告警系统。为提高其目标探测能力以及环境适应能力,该系统采用高阶非球面,减少系统镜片数量,提高系统透过率,同时校正轴上、轴外像差及高级像差,提高系统成像质量;采用光学被动消热差方式,实现了光学系统-40~60℃的无热化设计。采用旋转电磁铁为驱动元件,实现了80 ms大/小视场切换速度以确保目标在视场切换过程中不丢失。采用电限位、机械限位以及磁力锁紧机构作为限位组件,实现了大/小视场切换后光轴晃动小于两个像素的稳定精度。设计结果表明,该红外成像告警系统光机结构设计合理、结构紧凑、成像质量好,满足目标探测要求,在红外成像告警领域具有较好的应用前景。     

相变热控在高空光学遥感器CCD组件中的应用

为保证高空光学遥感器CCD组件所需的温度水平,利用石蜡类材料的相变储热特性,设计了一种相变热控方案。分析了相变热控中封装容器及导热增强体材料。利用热平衡方程,计算了相变材料用量,设计了封装容器及导热增强体。通过CCD组件热试验测试了热控方案的热控效果。结果表明:在CCD组件连续工作2 h情况下,未采用相变热控方案的CCD组件温度范围为18～41.4℃,而采用相变热控方案的温度范围为18～28℃,满足热控指标要求。该相变热控已成功应用于某高空光学遥感器,可以作为其他航空光学遥感器CCD组件热控设计的参考。     

带干扰观测器的航空相机前向像移补偿控制器

研究了飞机姿态角速度变化的不确定性扰动对相机反射镜前向像移补偿效果的影响,设计了带有干扰观测器的伺服控制方案来抑制干扰.介绍了一种基于力矩扰动作用的反射镜系统数学模型.采用干扰观测器将外部力矩干扰及模型参数变化造成的实际对象与名义模型输出的差异等效到控制输入端.然后,在控制中引入等效的补偿来实现对干扰的抑制.最后,应用该方法设计了带有干扰观测器的控制器对相机反射镜组件进行像移补偿控制.与先进的PID方法的比较结果表明:在相同扰动作用下基于干扰观测器的补偿控制算法得到的干扰前向像移残差减小了40％～60％左右.该方法提高了相机反射镜前向像移的补偿精度和补偿控制的鲁棒性.     

基于单帘快门的数字相机调光系统

采用单帘式快门配合CCD增益控制曝光量的调光方法,设计了面阵CCD相机的调光系统,以使面阵CCD相机在宽照度视场范围和较短的拍照周期内获得正确的曝光量.分析了航空成像传输过程中的影响因素,结合单帘式快门的曝光原理推导出曝光量的数学表达式.通过确定CCD的最佳曝光量,建立了快门狭缝速度、CCD增益和目标照度之间的对应关系.然后,由光电池采集地面目标的照度信号,根据采集的信号控制狭缝速度和CCD增益.最后,测试了快门辊轴的稳速精度.结果表明,对系统分别输入6 300、4 170和1 200 r/min的阶跃输入信号时,快门的稳速精度达到0.033.根据得到的稳速精度并考虑快门的曝光量误差,得到快门的曝光精度为0.091.在实验室进行了地面照相试验,测试系统获得的曝光量为1 833 DN,计算得到的系统曝光精度为0.066.结果显示利用单帘式快门和CCD增益相结合的方法能够使CCD获得正确的曝光量,捕获的图像满足使用要求.     

高效无声破碎剂在钢筋混凝土机架桥拆除中的应用

豆腐窝分凌闸位于山东省齐河县境内黄河左岸大堤上，兴建于1972年。在涵闸管理中发现其机架桥大梁底部和侧面裂缝较多，虽对部分严重者进行了处理，但效果不理想。1994年8月对1～4号孔8根大梁进行全面检测，共计发现裂缝701条，裂缝最宽达2．0mm，部分钢筋锈蚀严重，混凝土碳化较深，因此决定对大梁进行改建加固处理。1995年4月开始对1、3、5、6、7号孔机架桥进行改建，在施工过程中，其拆除工作的快慢将直接影响整个施工进度，为确保改建工程按时完成，拟采用高效无声破碎剂分块吊御拆除方案。1高效无声破碎刘性能及特点高效无声破碎剂（简…     

航摄快门帘缝宽度的优化

介绍了航空侦察相机帘幕式快门的工作原理,分析了胶片感光特性曲线与分辨率的关系.从胶片感光特性曲线确定了使胶片获得高分辨率的最佳曝光量,并由感光材料的性能参数推导出最佳曝光量的表达式.最后,由快门有效曝光时间的表达式计算出能够获得最佳曝光量的快门帘缝宽度的表达式.对EK3412胶片进行了测绘,显影速度分别为10、15、20和25 frames/min时的最佳曝光量分别为0.073、0.098、0.116和0.136 lx·s.飞行实验验证,所获得的照片分辨率可以提高10%～20%,接近理论分辨率130 lpm.将曝光量控制在感光特性曲线直线段的中点,可以显著提高照片的分辨率,满足图像判读要求.