分布式遥感编队多星协同观测中的姿态控制

针对分布式遥感编队中的协同观测问题，本文开展了多星协同姿态控制研究。首先建立了参考航天器由对日定向到对目标凝视观测的期望姿态，设计了基于姿态、角速度偏差的比例-微分（PD）控制器，证明了闭环系统的李雅普诺夫稳定性。在此基础上，进一步建立了伴飞航天器的期望姿态，为使目标在不同航天器像平面上成像位置匹配，以伴飞航天器、参考航天器的姿态之差为基础设计了伴飞航天器的PD控制器，证明了系统的稳定性。最后，将理论结果进行了仿真验证，结果显示伴飞航天器、参考航天器姿态控制误差小于0.01°，精度满足分布式遥感多星协同观测的任务需求。     

平均波长和输出功率稳定性高的掺铒光子晶体光纤超荧光光源的实验研究

采用掺铒光子晶体光纤代替传统掺铒光纤来提高超荧光光纤光源输出的功率稳定性和平均波长稳定性。在-45℃~70℃的全温区范围内,对超荧光光纤光源的光纤长度和半导体激光器(LD)抽运功率进行优化,并提出了用插值法进行LD抽运功率的优化方法,在光纤长度优化的基础上,高效、精确地优化了抽运功率,改善了光源的平均波长稳定性。经过优化的光源,在-45℃~70℃的全温区范围内平均波长变化量为0.67×10-6/℃,输出功率稳定性为0.37%。     

CAN总线在质谱仪研制中的应用

质谱仪由很多模块组成,比如系统电源控制、透镜电源、数据采集以及真空测量等等,各个模块之间需要相互通讯。传统的数据通讯方式如RS232、RS485总线等,这些总线由于通讯速率、数据传输的可靠性等原因不太适合于质谱仪各个模块之间高速稳定的数据传输需要,因此,针对此不足,将工业控制领域成熟的控制器局域网(CAN)总线技术引入质谱仪的设计当中。该设计结合了ARM(Advanced RISC Machine)微处理器和高可靠性的CAN总线,在质谱仪内部既实现了点对点的数据传输,又可实现多点通讯的数据传输,最高通讯速率可达1MB/s,完全满足质谱仪器内部模块之间的通讯需求。该设计已成功用于质谱仪控制系统中,通过实验表明,该系统设计简洁、数据通讯稳定可靠。     

一种质谱仪离子透镜电源的研制及应用

质谱仪由很多功能模块组成,比如:离子源、离子透镜系统、检测器以及真空部件等,其中离子透镜系统负责将离子源产生的离子传输至检测器,同时去除产生干扰的分子和光子,影响仪器的灵敏度及检测下限等指标。介绍了一种基于ARM数字控制的离子透镜电源,该电源可实现多通道电源动态设定并实时监控电源输出,结合离子透镜的机械部件可实现离子的传输,同时也能实现透镜电压的自动调节以满足不同荷质比离子的高效传输,提高仪器的灵敏度。通过质谱仪样机实验表明,该系统设计可靠、电源输出稳定,可以满足质谱仪对离子透镜电源的需要。     

基于吸光材料的激光解吸附离子化质谱用于纺织品快速筛查

建立了基于微纳吸光材料的激光解吸附离子化质谱法快速检测纺织品中有害物质邻苯二甲酸酯、乙醇胺和己内酰胺。以不锈钢板为基底,利用激光加工技术获得微纳吸光材料,可将紫外激光能量高效转化为热能,实现材料表面待测物的解吸附和离子化,并进行质谱分析。为考察方法的定量能力,采用内标法定量分析邻苯二甲酸二丙酯、邻苯二甲酸二乙酯,结果表明,二者分别在10~200、10~150 μmol/L浓度范围内呈现较好的线性关系。该方法无需繁琐的样品前处理,在1 min内即可完成待测样品的快速质谱分析,且灵敏度高、溶剂消耗少,适用于纺织品中有害物质的快速、高通量筛查。     

新型直接采样电离方法研究及其毒品快速质谱分析应用

在新型毒品层出不穷的背景下,对毒品进行现场快速检测的需求日益增加。直接采样电离技术与小型质谱系统的结合是对多类型毒品进行现场快速检测的重要途径。针对目前直接电离采样方法对部分毒品分子电离效率低的问题,本工作开发了一种基于快速采样萃取的新型直接毛细管喷雾方法（DCS）及相应的一体化试剂盒。分析流程包括表面采样、溶剂洗涤、直接电离及小型质谱检测,整个分析过程可在1 min内完成。对包装袋表面的麻黄碱、可卡因、氯胺酮、甲基苯丙胺、亚甲基二氧甲基苯丙胺、1-（3-氯苯基）哌嗪、奥芬太尼等进行分析,结果表明,该方法具有良好的稳定性和定性、定量分析能力。以麻黄碱为例,采用DCS试剂盒得到质谱信号的组间和组内相对标准偏差（RSD）均小于20%。甲基苯丙胺的检出限和定量限分别为0.1、0.2 ng/cm²。使用内标法进行定量分析,甲基苯丙胺在0.2~50 ng/cm²范围内呈现良好的线性关系。将该方法用于复杂基质（果汁、可乐、唾液、血液）中可卡因和甲基苯丙胺的检测,最低定量限均低于100 μg/L。该方法适用于环境表面、食品、生物体液等复杂基质中多种毒品的现场、快速检测。     

高速高精度体全息光学相关器

体全息光学相关器基于体光栅的布拉格选择性,在记录介质的共同体积中利用角度复用存储多幅图像。相关计算时,输入一幅图像可以并行输出所有的相关点,每个相关点的强度代表输入图像与对应库图像之间的内积值。分析了提高体全息光学相关器运算精度和速度的关键技术。总结了近年来采用散斑调制技术降低相关通道串扰,采用二维随机交错方法消除图案依赖行为,采用多样本并行估计方法提高并行运算精度,采用读写分离结构实观系统小型化集成等体全息光学相关器技术方面的研究进展。目前体全息光学相关器已经实现超过7500通道的并行运算能力,运算速度达到138GHz。系统在遥感图像匹配、指纹识别等领域的成功应用证明了其高速高精度运算能力。     

小型化碘稳频532nm固体激光器

传统532nm波长碘稳频固体激光频标装置虽然能达到很高的频率稳定度和不确定度,但装置比较庞大,不便搬运。而对于一些对激光频率稳定度要求不高的实际应用,如绝对重力仪等,缩小装置的体积以易于搬运,成为更为关注的因素。建立一套小型化532nm固体激光器,该系统体积小巧,易于搬运。通过与原有碘稳频532nm固体激光标准装置的进行拍频测量实验,得到1s的阿伦偏差为2.4×10-12,并计算得到该激光器的频率绝对值为563260223436kHz,对应的频率不确定度为52kHz(包含因子k=2)。该系统已被用于中国计量科学研究院的绝对重力仪中。     

基于异面交会模型的立体视觉像机站位优化研究

高精度的摄影测量中,双目视觉测量是一种高效可行的测量方法。为了研究测量中双像机位置关系对测量结果的影响,将像机标定、定向及图像坐标提取等干扰因素作为理想量来考虑,从双像机交会测量的数学模型出发,综合双像机光轴的交会角、像机视场角以及红外发光二极管(LED)的发光角等方面因素,通过分析双像机在不同位置关系下对测量区域中红外LED控制点进行测量的结果及精度,最终给出双目视觉测量中像机站位的优化策略。     

基于激光回馈效应的纳米计量系统

提出了一种基于激光多重回馈效应的纳米计量系统,系统采用非准直平凹回馈外腔结构,使在回馈外腔中往返多次的回馈光束返回到激光谐振腔中,形成高阶回馈效应,得到了高密度、类正弦和位相正交的双频激光回馈条纹。条纹的密度为传统弱回馈的几×10倍,而且回馈条纹以激光波长为尺子,具有可溯源性,在没有任何电细分的条件下达到了nm级的光学分辨率。特别地,通过采用双折射双频激光器,获得了两偏振正交的激光回馈条纹,而且两正交偏振回馈条纹间还具有位相差,位相差的大小主要由双频激光器的频差、外腔长以及回馈阶次决定。利用两正交偏振回馈条纹间的位相关系,可用于识别物体的运动方向。与激光干涉仪的比对实验表明,系统的线性度优于5.2×10-5,光学分辨率为10.2nm,量程大于500μm。